物质输送通量机制分解计算的优化方案

改进了Kjerfve提出的通量机制分解计算方案,使数值模拟过程中随时间变化的脉动相关项的计算和模拟过程同步完成,节省了数值计算的存储量和计算量。

长江口南槽悬沙纵向和横向输运过程与机制研究

河口悬沙输运对于最大浑浊带形成发育、地貌演变、港口航道安全、水质以及生态系统健康至关重要。本文基于2017年洪季长江口南槽拦门沙海域4站位同步观测的沉积动力数据,采用Scully和Sommerfield改进的通量机制分解法来获取垂向各层平流通量和潮泵通量及累积动态变化,以确定平流和潮汐泵送对悬沙净通量的相对贡献,探讨纵向和横向的水沙输运时空格局和动力机制,弥补了传统通量机制分解法仅限计算时空平均值的缺陷。研究发现:(1)洪季长江口南槽拦门沙海域大潮期间存在横向余环流,小潮期间出现表层向海、底层向陆的纵向余环流;(2)平流和潮泵作用是影响净输运的关键因素,南槽拦门沙海域由平流作用主导、悬沙向海净输运,横向上向西南边滩输运,为南汇边滩围垦区向海淤长提供物源,且靠近主槽区域横向悬沙通量对沉积过程的贡献与纵向通量相当;(3)潮泵输运在河口滞流点和拦门沙海域均较显著,泵送的大小和方向与径潮流相互作用和底床物源有关,纵向上由大潮期间向陆泵送占优转为小潮期间的向海净输运占优。综上,南槽拦门沙海域近底层悬沙呈现由浅滩向主槽辐聚的格局,浅滩区域的近底层悬沙净输运受潮泵作用控制,且对整个水柱悬沙输运贡献显著,可能是拦门沙形成和最大浑浊带发育的重要机制。

山东半岛东部海域泥质区冬季悬浮泥沙时空变化及输运机制

根据2015年12月山东半岛东部海域4个站位25h同步连续定点海流观测和悬浮泥沙取样资料,分析了研究区悬浮泥沙浓度、粒度时空分布特征和变化规律;通过计算再悬浮与沉积通量、理查森数并结合通量机制分解法,探讨了影响悬浮泥沙变化的因素,揭示了悬沙输运机制。结果表明,涨潮时段悬浮泥沙浓度略大于落潮时段,悬浮泥沙浓度与潮流流速大致呈正相关关系,且存在轻微的滞后现象;悬浮泥沙类型均为粘土质粉砂,分选差,存在再悬浮现象;悬浮泥沙垂向混合剧烈,个别时段有轻微的层化现象,平流输运是造成该海域悬浮泥沙输运的最主要因素。

强潮作用下钱塘江河口盐水入侵机制

基于钱塘江河口段上、中、下游3个站点连续5天高频次的流速、潮位、水深、含氯度等实测资料,采用通量机制分解法计算每个潮周期的含氯度输运通量,分析了含氯度输运通量与潮差的相关性、水盐输运分离现象、强潮作用下盐水入侵的动力机制及其对抗咸的启示。结果表明:河口段下游的含氯度输运主要受斯托克斯效应控制,而上游则受平流输运和潮泵输运共同主导,垂直切变作用对含氯度输运的影响非常有限;在河口段的上游存在水体向下游输运,而含氯度向上游输运的现象,该现象会加剧上游河段的盐水上溯;向陆的含氯度输运通量与潮差存在较强的正相关关系,可将潮差作为盐水入侵程度及抗咸调度的重要指标。

胶州湾夏季盐度长期输运机制分析

依据在胶州湾2009年夏季航次获得的21个站位温盐同步观测资料,在普林斯顿海洋模式的基础上建立了只考虑M2分潮的诊断斜压模式。基于模拟结果以单宽通量机制分解法,定量分析了胶州湾盐度长期输运机制,并通过设计实验讨论了漫滩、斜压以及风对盐度长期输运的影响。与以往在河口区的研究不同,胶州湾水体长期输运在盐度长期输运各分解项中占主导,潮泵与垂向切变输运作用较弱,水盐长期输运分离现象并不显著。漫滩能够较大的促进水体输运和潮泵输运作用,斜压使得垂向切变输运得到加强,促进了水盐长期输运的分离,而风削弱了垂向切变输运作用,抑制了其分离。本研究定量给出了胶州湾水体和盐度长期输运的特征。

沈家门渔港输沙机制及对浚深响应

采用二维潮流泥沙数学模型和悬沙通量机制分解法,探究多通道狭长型海湾沈家门渔港悬沙输移规律及输沙机制,并分析其对海湾疏浚工程的响应。结果表明,受岛屿阻滞和地形限制,海湾泥沙输移主要由潮流驱动,潮流泥沙的输移规律表现出极强的复杂性。净输沙趋势主要由欧拉余流和斯托克斯余流共同作用的平流输沙主导,含沙量滞后引起的潮泵效应对净输沙影响有限;疏浚工程引起的水深变化主要改变了欧拉余流而影响净输沙,浚深越大,欧拉余流输沙越强,其对净输沙影响越大;反映净输沙强度的悬沙通量不对称性与受水深主控的欧拉余流输沙关系密切,水深越大,欧拉余流在平流输沙所占比重越大,其相关性越强。

黄浦江河口水沙输运机制研究

受潮汐影响的弯道泥沙输运表现出与径流弯道不一样的现象.本文运用通量分解机制法,以黄浦江河口大潮期间实测水文资料为基础,对黄浦江河口受潮汐影响的弯曲河道水沙输运进行机制分析.结果表明,黄浦江河口水沙输运受弯道环流影响可分为纵向输运和横向输运.纵向水体潮周期净输运因径流作用指向口外,泥沙潮周期净输运因潮泵输运大于平流输运指向口内.潮周期横向水体净输运和泥沙净输运均指向凸岸,其中横向水体输运以欧拉输运为主,横向泥沙属于以平流项为主.通过比较水量输运的纵横比和泥沙输运的纵横比可得黄浦江河口大潮期间水量潮周期横向净输运大于纵向,泥沙是纵向大于横向.说明潮泵输运在黄浦江河口大潮期间起主导作用.

蓬莱近岸海域夏季悬浮泥沙输运及控制因素

基于2019年6月在蓬莱近岸海域实地观测获取的样品和数据,研究了海流、温度、盐度和悬浮泥沙的时空分布特征,利用小波分析、单宽通量机制分解和Richardson数等方法,探讨了悬浮泥沙的输运机制和控制因素。研究区悬浮泥沙在平面上呈以登州浅滩为中心向周围海域逐渐降低的分布特征,垂向上呈由表层至底层逐渐升高的趋势。悬浮泥沙浓度变化与潮流变化具有较好的正相关关系,但在时间上滞后1~2 h。研究区单宽净输沙率为7.84~43.12 g/(s·m)。平流输运在研究区悬浮泥沙输运过程中占主导地位,垂向净环流输运次之。潮流是研究区悬浮泥沙输运的主要动力,悬浮泥沙净输运方向与余流方向一致,登州水道南部悬浮泥沙由西向东输运,水道中部悬浮泥沙由东向西输运,南长山岛两侧悬浮泥沙呈向水道输运的趋势。研究区海域部分水体层化现象明显,水体混合受到抑制,悬浮泥沙的分布和输运受到潮流、水体混合和地形地貌共同控制。

兴化湾悬沙输移机理分析

运用通量机制分解法处理兴化湾各测站的水沙实测资料,通过探讨平流输沙、潮泵效应输沙、垂向净环流输沙机理,分析研究了兴化湾海域悬沙输移特征,进而讨论了净输沙对研究区域地形变化的影响。结果表明:在潮汐作用下,外海泥沙沿兴化水道与南日水道向湾内输移,但对湾内淤积产生的影响较小;平流输沙和垂向净环流输沙对悬沙的净输移起主要作用,水深相对较大的区域主要受平流输沙的控制,而浅水区垂向净环流输沙影响更强;潮泵输沙以悬沙与潮流变化相关项为主,输沙量小于平流输沙和垂向净环流输沙的输沙量;浅水区垂向各层余流方向不一致,悬沙各层混合均匀,深水区表底层的余流方向基本一致,含沙量垂向变化明显;输沙造成湾顶淤积,造成海湾地形变化的主要原因是陆源泥沙。

舟山沈家门海域悬沙输运特征研究

通过对舟山沈家门海域水文泥沙观测站位数据进行处理和分析,探讨了区域悬沙浓度时空分布及影响因素;对各站位单宽净输沙量和输运方向进行了计算,揭示了海域悬沙输运机制。结果表明:受长江、钱塘江等大河泥沙注入和周边岛屿物质输入影响,海域悬沙浓度较高;平面分布上,悬沙浓度有从东北向西南减小趋势,位于莲花洋的C1站位浓度最大,峙头洋C4站位悬沙浓度较小;悬沙浓度垂向上随水深的增加,逐渐升高;在涨、落潮流的影响下悬沙起动、悬扬、沉降、落淤,浓度随潮流流速变化具较高的相关性;通量机制分解计算表明海域悬沙输运以平流输沙项为主导,单宽净输运率大潮期大于小潮期;总体上,泥沙输运有沿水道走向离岸向海运动趋势。

长江口北槽悬沙输移机理分析

运用通量机制分解法对长江口北槽深水航道的实测水文泥沙资料进行了分析,将悬沙通量分解成了8个动力项,从平流输沙、潮泵效应输沙和垂向净环流输沙三方面综合分析了长江口北槽的悬沙输移特征。研究结果表明:在水文资料实测年份时,北槽输沙主要来源于上游来沙;平流输沙项占总体净输沙的比重最大;潮泵输沙所占比例较小;航道内的各测点的垂向净环流输沙主要受欧拉余流控制;深水区悬沙含量垂向变化明显,河口浅水区,表底余流方向不同,垂向净环流输沙作用增强。

瓯江口海域悬浮泥沙输运特性研究

基于无结构网格海洋模型,建立了瓯江口三维潮流和泥沙数学模型。模型水平方向采用三角形网格,使得能够更好地拟合瓯江口外众多岛屿和复杂曲折的不规则岸线边界,垂向采用σ坐标。模型计算结果与实测结果吻合良好,较好地模拟了瓯江口潮流场和悬沙场的时空分布。运用通量机制分解的方法,通过三维水体长期输运速度和悬沙输运速度来分析瓯江口的悬沙输运特性,表明瓯江口内主要受控于潮汐作用,泥沙向陆输运。