风、浪、流共同作用下的泥沙输移

根据波动水流能量及泥沙运动原理，参考了窦国仁推导底沙输沙量的方法，推导出波浪、潮流和风吹流共同作用下的底沙输沙量(包括推移质和部分悬移质输沙)计算式。应用于大风期黄骅港外航道的骤淤计算，其结果与实测值较接近。     

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。     

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。     

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。     

波流共同作用下细沙粉沙质海岸复合沿岸输沙率计算

应用能量原理建立波浪作用下沿岸输沙率公式时,通常采用波浪的“载沙量”与沿岸流的乘积推导而得.对于一般的沙质海岸,由于岸滩坡度较陡,波浪破碎带较窄,破波带内潮流流速与破波产生的沿岸流相比较小,常可忽略.而对于细沙粉沙质海岸,岸滩坡度相对较缓,风暴潮期间,近岸波浪较大,破波水深较深,破波带较宽,近岸潮流流速也较大.因此,细沙粉沙质海岸风暴潮期间波浪和潮流共同作用下的复合沿岸输沙率计算应当考虑波浪和潮流的共同作用.在以往波浪作用下沙质海岸沿岸输沙率研究的基础上,通过波浪潮流共同作用下近岸水流特性和沿岸输沙率特性港池试验研究,得出了波流共同作用下复合沿岸流计算公式,据此,将能量输沙原理导出的沿岸输沙率计算公式推广应用到波流共同作用下的复合沿岸输沙率计算,经与模型试验结果和现场实测资料对比,吻合良好.该公式可以有条件地推广应用到细沙粉沙质海岸波浪潮流共同作用下复合沿岸输沙率计算.     

有浮泥水域的平面二维泥沙数学模型研究

近底泥沙存在底沙和悬沙的频繁交换,数学模型难以精确模拟,浮泥的发育更使近底泥沙边界条件趋于复杂,一个有效的平面二维泥沙数学模型需要正确处理挟沙力、起动流速、泥沙沉速等泥沙参数,本文应用罗肇森对浮泥研究得到的理论和经验公式,成功模拟了椒江口和灵江河段的潮流运动及水体含沙量分布特征,合理预测了水下地形的冲淤变化特点,对有浮泥发育的河口及近海水沙模拟研究作了有益的探索。     

边抛疏浚浮泥对河口地区航道淤积的影响

概述河口海岸地区航道附近浮泥存在成因及研究现状 ,将浮泥作为宾汉体 ,根据双层流模型的运动基本方程 ,推导出一维定常状态下浮泥运动速度与浮泥厚度、上层水流运动速度、底面坡度、浮泥密度、浮泥脱水速度、浮泥上层水体悬沙浓度、悬沙沉降速度、水深之间的关系及非定常状态一维浮泥运动简化方程。并对长江口北槽下段某处航槽边抛疏浚弃土中浮泥在不同水流作用下的运动进行分析计算     

珠江口潮流泥沙数学模型关键问题探讨

河口潮流、波浪、泥沙、盐度构成了一个极其复杂的耦合系统,将波浪、盐度作为影响泥沙运动的重要因子,与波浪模型和盐度模型耦合,提出了珠江口潮流泥沙模型构架。分析了珠江口泥沙絮凝、泥沙起动、波浪作用下的挟沙力等泥沙数学模型关键问题。以盐度对河口泥沙絮凝的影响分析为基础,根据计算得到的不同径、潮动力作用下河口盐度分布,实现了泥沙絮凝沉速进行实时修正;通过影响河口滩、槽挟沙能力主导因子的识别,提出了一套水流挟沙能力实测资料筛选的方法,建立了波、流共同作用下河口水流挟沙力公式,并以此计算潮波作用下的挟沙力。研究完善了模型的辅助方程,为珠江口泥沙精细模拟奠定了基础。     

泥沙颗粒床面暴露度的理论分析及应用

床面泥沙暴露度是影响床面泥沙起动和输移的重要因素之一,目前在理论层面如何合理描述其影响尚未形成清晰的认识。本文在已有研究的基础上,针对非均匀沙,提出了新的暴露度计算公式,建立了床面泥沙暴露度与泥沙粒径之间的函数关系。基于该公式,推导得到了包涵暴露度影响的单颗粒滚动和跃移运动参数的理论表达式,通过与跃移距离和跃移高度的实测数据对比发现,计算值能够与实测值相吻合。为了进一步验证公式的正确性,在运动参数的基础上,推导得到了推移质输沙率公式,计算了均匀沙输沙率、非均匀沙分组输沙率和总输沙率。通过与实测数据的对比发现,计算值与实测值之间的相对误差均在可接受范围内。同时,计算结果表明,在相同的水流条件下,不同暴露度下的分组输沙率可以相差十几倍,由此说明了床面泥沙暴露度对非均匀沙输移的影响十分显著。     

波浪作用下非恒定输沙规律研究进展

为了准确计算一个波浪周期内净输沙率的大小和方向,需要研究波浪作用下非恒定泥沙输移规律。介绍了过去20多年国内外学者在大型往复流水道和波浪水槽中开展的非恒定输沙试验以及原型观测结果,总结了相位滞后效应参数的定量刻画以及不同半-非恒定净输沙率模式的构建,探讨了现阶段需要着重解决的关键问题。指出未来需要重点研究不同波况(包括波浪破碎、长波、波流相互作用等)下颗粒的起动延迟或沉降延迟造成的非恒定输沙过程的动力机制,准确刻画泥沙在波浪前、后多个半周期内的交换关系并将其反映在净输沙率的计算公式中;此外还需要深入研究非均匀沙的非恒定输沙过程(包括垂向分选等)，并构建相应的净输沙率计算公式。     

Effects of storm waves on rapid deposition of sediment in the Yangtze Estuary channel

Recent research on short-term topographic change in the Yangtze Estuary channel under storm surge conditions is briefly summarized. The mild-slope, Boussinesq and action balance equations are compared and analyzed. The action balance equation, SWAN, was used as a wave numerical model to forecast strong storm waves in the Yangtze Estuary. The spherical coordinate system and source terms used in the equation are described in this paper. The significant wave height and the wave orbital motion velocity near the bottom of the channel during 20 m/s winds in the EES direction were simulated, and the model was calibrated with observation data of winds and waves generated by Tropical Cyclone 9912. The distribution of critical velocity for incipient motion along the bottom was computed according to the threshold velocity formula for bottom sediment. The mechanism of rapid deposition is analyzed based on the difference between the root-mean-square value of the near-bottom wave orbital motion velocity and the bottom critical tractive velocity. The results show that a large amount of bottom sediments from Hengsha Shoal and Jiuduan Shoal are lifted into the water body when 20 m/s wind is blowing in the EES direction. Some of the sediments may enter the channel with the cross-channel current, causing serious rapid deposition. Finally, the tendency of the storm to induce rapid deposition in the Yangtze Estuary channel zone is analyzed.     

Impacts of wind waves on sediment transport in a large,shallow lake

Lake Okeechobee is a large, shallow subtropical lake, located in south Florida. Over the last several decades, Lake Okeechobee has experienced accelerated eutrophication due to excessive phosphorus loads from agricultural run‐off. Recycling of phosphorus from bottom sediments through resuspension is critical to addressing eutrophication of the lake and for water quality management. The present study investigates the impacts of wind waves on sediment transport in Lake Okeechobee, using measured data and the Lake Okeechobee Environmental Model (LOEM). The LOEM was fully calibrated and verified with more than 10 years of measured data in previous studies. Analysis of the measured data indicates significant wave height (SWH) and suspended sediment concentration are closely correlated to the wind speed in the lake. The nonlinear interaction of high‐frequency wind waves with relatively low‐frequency currents in the boundary layer plays a key role in sediment deposition/resuspension. Without considering the effects of wind waves, the bottom shear stress can be greatly underestimated. The spatial variations of key variables for sediment modelling, including SWH, water depth, orbital velocity, current velocity, bottom shear stress and sediment concentration, are discussed. In general, the near‐bottom wave velocity (and the associated bottom shear stress) is greater than or the same order of magnitude as the near‐bed current velocity (and the associated bottom shear stress) in this shallow water system. Although the sediment zones of Lake Okeechobee were described in previous studies, few published papers discussed its formation mechanisms. The findings of the present study include that the multiyear averaged bottom shear stress with wind‐wave effect plays a key role in forming the spatial patterns of the sediment zones. The study results are currently being used in lake management and in developing strategies for reducing phosphorus in the lake.     

台风浪对长江口深水航道骤淤的影响研究

概述风暴对长江口航槽短期地形变化的影响和研究现状，将缓坡方程、Boussinesq方程和动谱平衡方程进行分析比较，选择后者做为长江口台风浪数值预报模式。介绍球坐标下动谱平衡方程模型及方程右端源汇项的处理方法，以9912号台风对波浪数值模型进行验证。数值预报EES向20m/s风场下深水航道水域波浪要素：有效波高分布和波浪水质点底部轨迹运动速度分布。由泥沙起动底流速公式得到深水航道水域底沙起动底流速场，根据长江口波浪水质点底部轨迹运动速度的均方根值与泥沙的起动底流速之差的分布场进行骤淤机理分析。结果表明在EES向20m／s风场作用下横沙浅滩和九段沙浅滩的大部分水域底部泥沙将被掀扬至水体，部分泥沙在跨槽水流带动下会进入航道而造成严重淤积。最后提出研究长江口深水航道风暴骤淤问题的进一步工作。     

海南岛西南岸沿岸输沙特性及防波堤影响

通过海南岛西南岸东方海洋观测站波浪观测资料验证,建立八所海域波浪数学模型,计算确定八所新港沿岸水域各向破波要素。采用3种沿岸输沙率计算公式,确定海南岛西南岸八所新港周边海岸沿岸输沙率。分别探讨风浪、涌浪对海南岛八所新港沿岸输沙率的贡献,对比分析防波堤工程建设前后八所新港及附近沿岸输沙率特征。研究表明,海南岛西南岸向北的沿岸输沙能力大于向南的;风浪、涌浪对八所新港附近海岸沿岸输沙能力的贡献率与其出现的频率略有区别;八所新港建港后南北两侧出现淤积且南侧淤积强度大于北侧;防波堤长度的增加对沿岸输沙能力影响的范围和强度有所增大。     

波流共同作用下围垦促淤计算方法研究

在改进王义刚等提出的淤泥质海岸围垦淤积计算方法基础上,提出了波流共同作用下围垦促淤计算方法。采用实测水沙资料对挟沙力公式进行率定,得到了横沙东滩水域波流共同作用下半潮平均水沙关系式,其相关系数明显优于仅考虑潮流作用的水沙关系式。采用上述计算方法和水沙关系式对横沙东滩促淤圈围工程的淤积效果进行计算,计算结果与实测值较为接近。由于考虑了波浪作用对含沙量的贡献,比仅考虑潮流作用的计算模式具有明显优势,以后可进一步尝试采用本模式研究砂质和粉砂质潮滩促淤效果问题。     

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。     

反坡异重流的研究

本文主要研究了底坡为反坡，上层有逆向水流运动情况下，异重流的水流运动和泥沙输移规律。首先建立了这种异重流（称之为反坡异重流）的形成条件；然后从理论上推导出了反坡异重流潜入后的起始水深和流速，与已有的一些经验公式作了对比分析，并用天然实测资料进行了验证；通过水动力学分析，推导出了反坡异重流的潜入距离，用天然实测资料进行了验证。最后，采用不平衡沙模式，给出了反坡异重流的输沙、淤积规律，应用该模式对一些实例做了验证计算。本研究成果可用于盲肠河段、水库支沟，湖泊出口异重流及盐水楔入侵等的水力和泥沙计算。     

直立堤前能谱与反射系数和底流速的综合分析

通过波谱分析的方法，研究了堤前能谱，反射系数和底流速的各自分布规律，分析了它们的相互关系：从堤前能谱表达式推导出反射系数的表达式，并将该反射系数用于求堤前任意位置的底流速，给出了堤前与入射波的底流速的统一形式，实验及计算表明，在无基床条件下得到的堤前能谱和底流速关系可推广到低基床的相应情况。     

河口海岸潮流速分布研究进展

总结了在水流加减速作用、水流密度和悬沙浓度造成的水流分层、地形变化、风、波浪、底沙等因素影响下国内外河口海岸潮流速分布研究现状。分析了现有潮流速分布模式及修正模式存在的问题,指出潮汐水流垂向结构的研究关键是潮流剪切应力垂线分布公式的合理性;对潮流速分布模式进行了研究展望。