岛群海域环境下泥沙运动及地形冲淤变化数值模拟研究

建立波浪、潮流共同作用下泥沙运动及地形冲淤积变化数学模型,并根据2007年4月份实测水文泥沙资料对模型进行了验证,验证表明,潮位、垂线流速、流向及含沙量过程的计算值与实测值吻合良好;波浪、潮流共同作用下悬沙引起的冲淤变化与实测冲淤分布趋势基本一致,较好地复演了洋山港工程建设后海域流场、含沙量场和地形变化.运用该模型对洋山深水港西港区工程方案进行了数学模型研究,研究表明,汊道方案实施后,由于颗珠山汉道的存在,使得通道内水流向北偏移,使得通道北侧西部流速较工程前流速有所增加,使西港区地形基本保持冲淤平衡略有冲刷;颗珠山汊道的存在,能够继续保持目前通道南侧淤积,北部刷深的格局,对西部港区的建设是有利的.     

强潮河口拦门沙航道回淤及治理措施

针对瓯江口边界地形复杂、岛屿众多、口门以上河段存在高含沙量浑浊带以及底沙级配分布宽的特点，分析了强潮河口拦门沙演变规律及成因，应用波浪与潮流共同作用下的二维泥沙数学模型，研究拦门沙航道开挖后的回淤及治理措施。数学模型中引进前期含沙量的概念，得到了潮流挟沙能力公式，给出了波浪作用下浮泥引起航槽回淤的模拟方法。在瓯江口潮流与含沙量验证基础上，进行了拦门沙航槽开挖后悬沙、底沙与浮泥引起航槽回淤的验证计算，计算的淤积厚度及沿航线分布趋势与实测值比较接近。在此基础上，研究了瓯江口拦门沙航道治理原则、措施及工程对水动力泥沙环境的影响。     

上海临港工业区芦潮港海域水文泥沙分析

根据芦潮港海域近年水文、泥沙、波浪及地形观测资料,分析了芦潮港海域波浪、潮流及泥沙特征.研究表明,芦潮港附近海域为强潮流、高含沙量区域;芦潮港海域潮流是控制海域含沙量和地形冲淤的主要因素,而波浪作用处于次要位置;芦潮港海域为淤泥质岸滩,岸滩形态主要由潮流动力所塑造,波浪主要对近岸区泥沙作用较明显.通过分析研究含沙量与潮流及波浪的关系,得到芦潮港海域波流共同作用下的水流挟沙力关系式.验证结果表明,关系式计算结果与实测含沙量吻合较好.     

波浪与潮流共同作用下二维泥沙数学模型

针对河口海岸地区波浪与潮流运动的特点,将波浪过程概化为潮周期中具有平均意义的波浪流要素,叠加到潮流运动方程中,以模拟长时段的水流运动及泥沙场的变化,建立了波浪与潮流联合作用下二维泥沙数学模型,包括贴体正交曲线坐标系下水流运动方程、非均匀悬沙、底沙输移方程、初始条件、边界条件、动边界技术及数值计算格式,引进前期含沙量的概念,得到了潮流挟沙能力公式,波浪作用下的挟沙能力采用窦国仁公式,浮泥挟沙能力采用罗肇森公式。计算的瓯江口、温州湾潮位过程与原型吻合良好,8个断面的46条垂线同步流速、流向过程计算值与实测值吻合较好。在此基础上,探讨了多连通域复杂边界条件下瓯江口拦门沙航槽开挖后潮流与风浪作用下悬沙、底沙与浮泥引起航槽回淤的模拟问题。     

三门湾猫头深潭对“烟花”台风的冲淤响应

极端台风天气下,台风浪可能会造成海湾泥沙大幅起悬,从而引起湾内深槽骤淤。以浙江中部三门湾为研究对象,建立波流共同作用下的泥沙冲淤数学模型,研究猫头深潭在台风“烟花”过境期间可能产生的泥沙骤淤风险。经验证,数学模型较好地复演了“烟花”台风过程中的风暴潮与台风浪过程。研究结果表明,在台风浪作用下,下洋涂南侧浅滩及猫头深潭南北侧浅滩的含沙量均有明显增加,局部可增加至无浪情况下的3倍以上,“烟花”台风使猫头深潭最大淤积达0.15 m。台风浪导致的含沙量增加是三门湾深潭骤淤的主要原因。     

二维潮流及泥沙数学模型

本文利用控制体积法对沿水溶平均的二维水流及泥沙微分方程进行了离散，建立了二维潮流泥沙数学模型，并利用连云港附近的潮流及含沙量资料对模型进行了验证计算，验证结果表明，无论是水位、流速、流向，还是含沙量都与实测资料符合良好，由此可以看出，本模型不仅能应用于潮流泥沙计算，而且可以推广到各种平面不恒定流的泥沙冲淤计算中。     

波浪挟沙能力及航道骤淤机理的研究

从理论上对波浪作用下的“挟沙能力”进行了定义和推导，基于波浪的悬沙和挟沙机理，求得波浪作用下泥沙浓度分布函数。在此基础上，对河口海岸区域及航道的骤淤进行了研究，依据河口泥沙的骤淤形成和发生情况的不同，将其划分为大于水体极限含沙量型骤淤(绝对骤淤)、不平衡输沙型骤淤、风浪停止型骤淤以及异重流停顿型骤淤四种模式，并分别给出了4种骤淤模式的计算方法。分析表明，黄骅港附近海域与航道，属于不平衡输沙型骤淤、风浪停止型骤淤两种类型，黄骅港实际含沙量分布和航道骤淤情况计算结果验证了本文所提模式。     

电厂从港池取水对进港航道及港池回淤的影响

在分析工程区域自然条件和泥沙条件的基础上，利用二维潮流数学模型的模拟电厂从港池取水对进港航道和港池水动力条件的影响，计算结果表明，电厂取水引起航道落潮流速降低产生的进港航道泥沙回淤及港池淤积不大。     

浑水管道输水灌溉的临界不淤流速研究

本文基于水流挟沙理论和悬移质泥沙悬浮效率系数研究基础,建立了浑水管道输水临界不淤流速计算公式,通过6组不同含沙量和4种规格管径的临界不淤流速试验结果,分析了不同含沙量、管径、泥沙粒径和密度等因素对临界不淤流速的影响,利用试验数据确定了泥沙悬浮效率系数计算方法,并对临界不淤流速计算公式进行了验证,结果表明计算公式具有较高的精度,计算值与实测值的最大相对误差为2.96%,能够满足管道输水灌溉工程的应用要求。     

潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力的研究

本文将湍流猝发理论用于潮流与波浪共同作用下挟沙能力的研究。基于湍流猝发的时空尺度得到波浪和潮流作用下床面泥沙上扬通量 ,然后根据连续律 ,建立了平衡近底含沙量的理论表达式。进而根据波浪掀沙和潮流输沙的模式 ,推导得出了物理概念清晰和充分考虑床面附近泥沙交换力学机理的潮流和波浪共同作用下的挟沙能力公式 ,经过黄河口实测资料的验证 ,计算与实测符合良好。     

多年围填海工程对湛江湾水动力环境的影响

湛江湾为一半封闭海湾,从2003年开始湛江湾进行了多次围垦造地工程,水域面积已减小3.2%,围填海工程必将造成湛江湾水动力环境的变化。采用平面二维水质数学模型,在对潮位、潮流实测数据验证的基础上,对湛江湾不同年份围填海工程实施后的潮流动力变化进行模拟,对比了湾内流态分布和特征点流速变化,计算了海湾纳潮量的变化,分析了围填海对于湾内水交换能力的整体及局部影响。模拟结果表明,围填海工程对湾内流场的影响仅限工程附近水域,对湛江湾主航道流速影响较小;纳潮量随湾内水域面积的减小而减小,2015年湛江湾纳潮量与2003年相比总体减小3.4％。对于深水区围填尤其是伸入到主流区的围填海工程,由其引起的水动力环境改变和纳潮量变化都比较大,应引起足够重视;湛江湾多年围填海对于工程附近局部水域的水交换能力的影响显著,其中宝满港区由于位于深水区且伸入到主流区,导致水交换率变幅较大,在远期岸线规划应结合污染物治理方案进行。     

兴化湾潮汐潮流特性及工程影响分析

福建省兴化湾内大量围填、疏浚工程建设直接影响湾内水动力环境。依据2009年2月水文观测资料,对实测资料进行分析,并利用潮汐调和分析、潮流准调和分析、潮流数值模拟等方法得到了兴化湾海区的潮汐、潮流特性以及湾内工程前后的潮位、潮流场和余流场特征。分析研究表明,兴化湾潮汐属于正规半日潮,浅水效应较弱;潮流为不正规半日潮流,浅海分潮作用较强;湾内潮波逐渐有驻波特征,形成湾内潮波的两股潮流流向稳定,呈往复流,其中兴化水道潮流涨潮占优,南日水道潮流落潮占优;工程实施后,基于调和常数的2013年7月潮位预报与实测潮位吻合较好,同时潮汐潮流性质不变,在港池、航道水域流速有所增加;兴化、南日两水道涨、落潮通量均减小,全湾纳潮量有所减少;湾内余流场整体不变,口门处涡漩有所加强。     

杭州湾沉积物宏观输运的数值模拟

用Delft3D模拟了杭州湾水动力和粘性沉积物输运过程,探讨了沉积物宏观输运和地貌演变的物理机制。忽略波浪作用,假设底质均一,不考虑粘性沉积物的底部固结作用,建立杭州湾粘性沉积物输运的数值模型。计算结果显示,模型能够反映杭州湾沉积物输运的宏观规律,再现了杭州湾悬沙浓度分布"三高两低"的特征、水体和沉积物"北进南出"的输运格局以及杭州湾总体上受控于淤积的地貌演变过程。杭州湾的沉积物输运主要受浅水分潮潮波变形引起的潮汐不对称性控制,该区潮波自东南向西北的传播方向、舟山群岛对涨潮流的阻隔效应、杭州湾喇叭形态的约束作用等因素造成"北进南出"的水沙输运特征。杭州湾与欧洲斯凯尔特河口狭长型的河口的沉积物输运路径有明显差异。     

波浪潮流共同作用下长兴岛海区二维悬沙输运数值模拟研究

根据近岸地区波浪、潮流与泥沙运动的规律,把波浪运动概化为在潮周期中具有时均意义的波浪流分布场,将波浪辐射应力以及波流底部剪切应力耦合到潮流运动方程和悬沙输运方程中,建立了非结构网格下近岸波浪和潮流共同作用下的二维悬沙输运数值模型。时间离散采用欧拉向前格式,空间离散采用有限体积法的显式格式。将模型应用于矩形海湾实验和大连长兴岛附近海区悬沙冲淤过程的实际算例。结果表明:波浪对潮位影响很小,但是对近岸流速有较为明显的影响;波流共同作用对近岸泥沙浓度影响比单纯考虑潮流作用可提高40%～100%的幅度。     

三维水沙输移模型对深圳深水湾水沙输移的研究

运用三维水沙输移模型研究深圳深水湾的泥沙输移,经过实测资料的验证,计算值能够模拟实际情况,表明波浪对泥沙输移有重要的影响。为进一步研究深圳深水湾泥沙在潮流作用下的输移规律,模拟了1998年7月21日至1998年8月21日涨退潮期间的水沙运动,计算结果表明深水湾属于泥沙淤积区域。     

象山港岸滩演变和海床冲淤变化分析

基于象山港海域1935年、1962年和2005年3个年份的海图资料,应用GIS技术,计算分析了不同时段象山港的岸线变化、海床平面冲淤变化和滩槽平面变化,结合实测水文泥沙资料,探讨了该区域的冲淤变化趋势。分析结果表明,在1935—2005年间,象山港岸线总体上保持稳定,仅在部分凹湾岸段和岛屿周围由于围海筑堤而向海推进,速率约13.8 m/a,受此影响,潮滩细颗粒泥沙的沉积空间趋于减小,潮滩发育尚不完全;海床平面则经历了由冲转淤的调整过程,并呈现出湾顶附近轻微冲刷、口门附近轻微淤积、口门东侧缓慢淤积的冲淤分布特征。总体而言,象山港岸滩表现为轻微淤积,年均淤积速率0.54 cm/a,可以认为这主要是受人类活动影响所致。     

东山湾水动力数值模拟及其纳潮量和水交换周期计算

东山湾属于半封闭性海湾,水文特性具有一定的代表性。在总结水体交换能力计算方法的基础上,采用对流扩散的水交换模式,建立平面二维数学模型,利用大潮、小潮实测潮位和潮流资料对模型进行了流场的验证,计算了纳潮量,半交换期以及交换率的平面分布。计算得出,大潮和小潮时,纳潮量为9.44×10~8 m~3和5.36×10~8 m~3,半交换期为8.13 d和13.0 d以及交换率的平面分布。整个海湾交换率的平面分布表明:湾口水交换能力最强,湾中部水交换能力良好,而湾顶水交换能力较弱。对东山湾开发利用的过程中,应结合海湾的纳潮量、半交换期以及交换率的分布,合理布置排污口,充分利用海洋自净能力。     

河口湾边滩围垦的潮波变形数值模拟

本文采用潮流数值模拟的方法，以中国华南的珠江口黄茅海河口为例，进行边摊围垦后湾内期波变形的模拟计算。数学模型在完成了对实测水文资料的验证之后，对黄茅海河口湾边滩围垦的不同工况进行了潮流场的对比计算。计算结果表明，湾内潮差和纳潮量与围垦规模成反比，流速分布的变化与边难围垦位置关系密切。在较浅的边摊上适度围垦，新岸线保持适当的放宽本，对湾内的潮坡变形影响不大。     

兴化湾悬沙输移机理分析

隧道工程所在位置河床的最大冲刷深度是过江隧道方案设计的关键参数之一,合理确定最大冲刷深度能为保证工程安全和减少投资提供重要设计依据。在分析近年来河道演变特点和前人所做研究的基础上,以长江下游仪征水道世业洲河段拟建过江隧道为例,分析工程河段的来水来沙特点,采用二维水流泥沙数学模型对不同水文年条件下河段河床最大冲刷深度进行了研究。在验证模型水流和泥沙冲淤相似的前提下,确定了动床模拟的不利水沙系列为2007—2010年+1998年+300年一遇洪水流量过程,并结合地质勘测资料对模拟结果进行了合理预测。最终确定过江隧道断面河床左汊最大冲深为10.85 m,右汊最大冲深为8.87 m,该结果对拟建过江隧道工程而言偏于安全。     

复杂河口汊道封堵水沙问题研究

摘 要：对复杂分汊河口次要汊道进行封堵围垦可以获得土地资源。以瓯江口南口封堵为例研究了复杂河口汊道封堵问题。首先对复杂的瓯江口的自然条件和冲淤演变进行了分析；其次，使用二维波浪潮流泥沙数学模型、波浪潮流泥沙物理模型及三维潮流数学模型等研究手段，对瓯江南口现潜堤加高进行了封堵后的二维潮流场、泥沙场、地形冲淤变化和三维潮流场进行了模拟研究，对瓯江泄洪排涝的影响进行了计算和分析。研究结果表明，从对周围水沙环境和瓯江泄洪排涝的影响角度考虑，将现潜堤加高进行南口封堵的方案是可行的。