涌潮的水槽模拟及验证

在涌潮玻璃水槽中，通过调节水槽两端变频器的频率控制潮前水深的稳定，使水体具有一定的潮前落潮流速，并以此为工况，增加下游变频器不同的运行频率模拟各种强度的涌潮，测试涌潮的传播速度、涌潮高度、流速垂向分布等水动力学特征参数，捕捉涌潮形态.在此基础上，选用2010年10月钱塘江河口盐官河段的现场实测资料对试验结果进行比较分析，结果表明涌潮水槽试验结果与盐官河段实地观测资料匹配良好.这说明涌潮玻璃水槽物理模型能成功模拟涌潮，适用于涌潮的测试研究.     

涌潮水槽全自动化测控系统开发及应用

由于传统涌潮水槽测控系统涉及仪器多、采样频率高、数据量大、涌潮控制与数据测量分离,需要采用多台计算机工作,影响到了数据测控的同步性。基于一体化测控思想,将涌潮水系统涉及的通讯接口全部换为RS485,建立统一规范的通讯网络。开发了涌潮水槽全自动一体化测控系统,实现了涌潮实验与数据测控的同步,解决了涌潮流速、水位快速变化过程中数据同步采集与坐标定位等问题。实例应用表明,新开发的系统测试结果与实际情况相符,并可推广至水流、泥沙及波浪等其它水槽实验中。     

物理模型试验中涌潮的产生和测控

在物理模型试验中复演天然涌潮,对其产生机理、变化过程、流域影响、产生的危害、治理方法、能量利用等方面进行研究,意义非常重大.物理模型中可采用多种装置产生涌潮,试验采用变频器控制水泵,在试验河段的上下游均设置闸板的玻璃水槽,研究涌潮产生的流程、控制和测量方法.     

涌潮作用下护滩块石起动研究

采用理论分析与试验研究相结合的方法，首先从理论上分析涌潮运动要素之间的关系，然后根据起动临界状态时的力学平衡条件，推导出涌潮作用下护滩块石稳定计算的结构公式。在公式中采用涌潮相对（滩地水深）高度表示其对护滩块石的动力作用，同时考虑了滩地水深对护滩块石稳定性的影响。在涌潮水槽试验中，进行了护滩块石在涌潮作用下的起动试验研究，验证了文中提出的块石稳定粒径计算公式的正确性，并根据试验结果率定了公式中的待定系数。     

长江口北支涌潮的形成条件及其初生地探讨

根据2001年4月青龙港出现涌潮时的实测流速和水深，采用水跃原理，简明地揭示了涨潮流速大于潮波传速是北支涌潮的成因。通过影响流速和波速的因素分析，并经实例计算认为：北支的喇叭形河势和水下沙坎是涌潮形成的必要条件；青龙港一潮的进潮量达到1.5亿m3，或北支口门一潮进潮量达到18亿m3是涌潮形成的充分条件。进而据沿程水深和潮汐等有关资料，经对比、试算，建立了沿程变化的进潮量、潮差等计算公式，并计算得到：在口门最大进潮量20.7亿m3的条件下，也只有当潮波上溯到距离口门约50km的灵甸港时，才出现流速大于波速，初生涌潮。由此表明，灵甸港是现今北支涌潮的初生地。     

钱塘江涌潮特性及其数值模拟

在钱塘江涌潮实测资料的基础上,分析了钱塘江涌潮高度、涌潮传播速度、涌潮流速、涌潮形态及景观、涌潮压力等涌潮特性.同时,应用基于KFVS (kinetic flux vector splitting)格式的二维涌潮数值模型模拟了钱塘江涌潮的形成、发展和衰减的全过程,复演了"交叉潮"、"一线潮"、"回头潮"等现象.通过对计算结果的比较分析,对涌潮特性有了进一步的认识.     

钱塘江涌潮对风场响应的三维数值研究

台风作用下钱塘江涌潮观赏性强,破坏力大。结合台风期实测潮汐资料分析,基于三维数学模型研究了顺风和逆风条件下恒定风况对钱塘江涌潮水流的影响,得到了不同风况对涌潮高度、流速、传播速度和涌潮潮景的影响程度。顺风作用导致涌潮高度、流速和传播速度均增大,风速愈大,增加幅度愈大,涌潮流速沿水深分布愈不均匀。在顺风30 m/s风况下,盐官涌潮高度增加5%,涌潮流速增大33%,涌潮传播速度加快37%;顺风作用下,老盐仓回头潮更强,回头潮水位更高,反映了台风期间老盐仓经常出现回头潮翻越海堤堤顶的情况。逆风作用与顺风作用相反。计算结果与实际情况在定性上一致。     

建桥对钱塘江涌潮高度影响的试验研究

采用潮浪水槽和定床模型进行建桥对钱塘江涌潮高度影响的试验,结果表明涌潮高度的减小幅度与桥墩的阻水率成正比,因此为了保护涌潮的景观,在满足桥梁结构强度和安全的前提下,应尽量减小桥墩的阻水率.     

波状水跃和波状涌潮的分析

推导了涌潮中尺度方程，并利用此方程，分析水跃和涌潮的性质，对于水跃和涌潮，色散与耗散两种效应强弱的价值依赖于Ｆｒｏｕｄｅ数的函数，存在着两个临界值，当跃前Ｆｒｏｕｄｅ数大于第一个临界值时，水跃和涌潮从单调形态转化为波动形态，随后，波陡随Ｆｒｏｕｄｅ数增大，当Ｆｒｏｕｄｅ数大于第二个临界值时，自由表面破碎，波状涌潮转化为强涌潮，对于涌潮，绝对流速，即落潮流速，对色散波的周期，波长与振幅也有影响。数值     

基于定点连续观测的钱塘江涌潮特性研究

本文基于天文大潮期间钱塘江涌潮河段定点连续实测的最新资料,对钱塘江涌潮的潮位、潮流、盐度和浊度等特性参数进行分析研究。潮位、平均流速、垂向分层流速和盐度、浊度变化数据表明:涨落潮期间该河段的潮位呈双峰变化过程,涌潮抵达时水位骤然升高,之后下降,约40.0 min后,水位再次开始升高至高潮位,涌潮到达约3.5 h之后逐渐变为憩流;涌潮Fr为1.10,涌潮形态呈现为波状涌潮且水波较弱。涌潮到达瞬间,流场整体发生转向,流速大于涌潮前流速,且底层流速增大幅度大于表、中层,流速分层不明显。盐度在涌潮到达后约40.0 min后开始明显增大,与流速的改变相比存在一定的滞后,主要因为潮流入侵引起盐度增加。底层浊度随涌潮的到达而同步升高,主要是涌潮导致流场剧烈变化,引起床面冲刷和大量细颗粒泥沙悬浮;之后,浊度随涨潮流减弱而逐渐减小,憩流时达到最小,而后随着流速转向及退潮流增大而再次增大。该研究为钱塘江涌潮特性分析和钱塘江取水及岸滩冲淤防护等工程提供了科学依据。     

涌潮水流CFD数值模拟

涌潮是一种对涉水建筑物冲击巨大的非线性强间断流,实现涌潮的小尺度精细模拟是分析涉水建筑物在涌潮作用下结构稳定性的前提。采用大涡模拟(LES)技术求解N-S方程,利用流体体积法(VOF)实现对自由水面的追踪,边界上给定基于涌潮理论公式推导出的涨潮流速与水深条件,进行了涌潮的小尺度精细模拟。结果表明,数值模拟得到的涌潮传播速度与理论值比较接近,Fr < 1.3时为波状涌潮,Fr>1.5时为旋滚涌潮,涌潮形态分区与前人的试验成果吻合。在涌潮传播过程中,潮头处流速最大,且表层流速波动幅度始终大于中低层流速波动幅度,旋滚涌潮潮头水体紊动比波状涌潮强烈。模拟结果同时表明涌潮潮前水深与涌潮高度是影响潮头流速波动和形态的主要因素。上述涌潮模拟方法可为涌潮河段涉水建筑物的结构设计及安全评估提供参考。     

涌潮三个基本问题研究

涌潮是水位，流速有急剧变化的涨潮波前锋线，涌潮与潮波尺度相差很大，研究时，可针对问题采用不同尺度的模型，大尺度模型在涌潮附近应采用沿水深积发的方程，虽然在解连续可微条件下，ｓａｉｎｔＶｅｎａｎｔ方程与经方程等价，但涌潮近旁，两者的广义解并不相同，涌潮形成中获得关于成因，影响因素方面不少认识，但要定量确定形成长度，在实践和理论上都存在困难，且无必要。     

强涌潮对桥墩墩身作用力试验研究

通过涌潮水槽试验对桥墩墩身涌潮作用力进行探索,分析涌潮压力分布及其变化特点,给出涌潮最大压力分布范围;研究强涌潮正向、斜向作用下分别位于迎潮面和隐蔽区的桥墩墩身受力差异,建立强涌潮对桥墩墩身作用力的计算经验公式。     

钱塘江海宁三期治江围涂工程对涌潮影响的数值模拟研究

应用KFVS格式建立了钱塘江二维涌潮数值模型,在实测涌潮资料验证的基础上,模型预测了钱塘江北岸海宁三期治江围涂工程对钱塘江涌潮的影响.研究结果表明:实施围涂1万亩后,在走南河势下,大缺口及盐官的涌潮高度分别抬高0.23m和0.09m,海塘堤前涌潮流速增加5%,涌潮到达时间提前约3分钟,盐官涌潮后5分钟内的水位和流速变化率加大;围涂工程对涌潮潮景的影响较小:盐官附近的一线潮将更为壮观,尖山附近的交叉潮位置有所下移,老盐仓附近的回头潮基本不变.     

基于小威龙的涌潮流速高速采集系统设计

为了测量涌潮潮头形态及传播速度,将小威龙点式流速仪应用在涌潮玻璃水槽试验中,使用USB-4716数据采集模块,通过AD采样的方式进行多通道高速数据采集。     

钱塘江九溪涌潮重塑在工程实践中的探索研究

为保护钱塘江涌潮景观、减小涌潮危害,重塑钱塘江九溪涌潮,变潮害为潮景,使涌潮可赏、可控、安全。应用KFVS格式建立二维涌潮数学模型,在实测水文资料验证的基础上,计算优化方案实施前后的流场及涌潮传播特性,从构筑物近区涌潮高度、涌高明显的岸线长度和涌高明显的区域面积等3个指标综合评判涌潮重塑效果。通过物理模型试验,模拟涌潮的形成与传播过程,分析比较各方案实施前后工程区域附近涌潮传播过程的壅高、越堤等变化情况,进一步验证了重塑效果。研究结果表明,通过优化工程布局,采取工程措施,钱塘江九溪涌潮重塑具有可行性,既能保留九溪涌潮特性,又能实现安全观潮。     

基于实测资料的钱塘江涌潮水动力学特性研究

基于近年来钱塘江河口三次涌潮观测资料,系统分析了钱塘江涌潮的水动力学特性,计算了涌潮到达时刻的Froude数,结果显示可用Froude数判别涌潮形态,并建立了计算涌潮潮头陡度的解析公式,复演了涌潮到达时潮头陡度急剧增加的过程.研究表明:涌潮的沿程潮位、涨落潮历时和流速等特性受河口沙坎地形影响明显;流速的垂线分布大潮期间在潮到后一小时内以抛物线分布为主,其余时间以对数分布为主,而在中小潮时涨、落潮阶段均以对数分布为主;垂向流速比纵向流速小一个量级,当涌潮到达时刻急剧增大;潮头高度与当地潮差存在良好的正相关关系.     

涌潮数学模型在钱塘江河口桥梁工程中的应用

钱塘江河口潮大流急,特别是汹涌的涌潮,对钱塘江河口的桥梁工程破坏力极大.应用以准确Riemann解为基础的Godunov格式,结合WLF方法模拟了钱塘江涌潮.在验证计算的基础上,预测了潮差频率为0.33%、1%、2%、5%条件下环杭州湾萧山通道工程(钱塘江十桥)桥位处的设计流速和设计流量,为桥梁工程的设计提供了依据.     

涌潮条件下排桩式低丁坝水力学冲淤试验研究

本文在水槽中用动床模型试验手段研究了涌潮条件下不同透水率的排桩式低丁坝群的水力学冲淤特性，并探讨了低丁坝的护滩保塘机理。结果表明，低丁坝的保滩护塘机理主要体现在三个方面；对涌潮潮头的阻挡作用，对涌潮快水的减冲作用和在落潮期回流淤积作用。本文除对护塘丁坝的设计提供基本数据外，还对新颖丁坝型式和结构的探讨有借鉴意义。     

钱塘江河口涌潮作用下越堤水量影响因素分析

涌潮顶冲堤段后的越堤水量与堤坝设计高程、观潮安全密切相关。以钱塘江河口为例,通过物理模型试验获得了涌潮作用下越堤水量与涌潮高度、堤坝高度以及堤前抛石的关系,即越堤水量随涌潮高度的增加而增加,而随着堤顶离低潮位的距离增大而减小;并且通过数据拟合,推导出了涌潮顶冲堤段越堤水量与相对涌潮高度的经验关系公式,直立堤前形成抛石斜坡后,虽然护面加糙可部分消减涌潮能量,但也减弱了涌潮碰撞堤坝的反射回头潮,越堤水量反而增加。