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.     

钱塘江嘉绍大桥对强潮河口水动力的影响

为研究嘉绍大桥对钱塘江涌潮形态及水动力的影响,在分析现场涌潮观测资料的基础上,建立基于KFVS格式的平面二维涌潮数学模型,计算比较了建桥前后涌潮及潮流场的变化。结果表明：受嘉绍大桥阻隔影响,涌潮经过桥位时其形态的整体性被破坏,过桥后约500m涌潮形态基本恢复,桥位下游涌潮高度增加,桥位上游涌潮高度降低;建桥对涨、落潮流的影响主要在桥位近区,对上下游的潮位和流向影响较小,桥位上下游涨、落潮流速减小0～5％,桥轴线断面桥跨中间流速增加2％～10％;建桥对涌潮的影响是局部的,桥位上下游近区的潮动力有所减弱。     

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.     

考虑涌潮作用的钱塘江二维泥沙输移数值模拟

钱塘江涌潮前后水位、流速和含沙量等物理量存在突变,给数值模拟带来了很大的困难,常规的数值模型往往不能准确模拟涌潮作用下的泥沙输移。在已建立的二维涌潮数值模型的基础上,应用基于准确Riemann解的Godunov格式建立了二维泥沙数值模型,模型首先检验了纯对流问题,然后模拟了钱塘江涌潮作用下的泥沙输移,计算结果反映了涌潮到达时刻含沙量的突变过程以及涌潮对泥沙输移的影响,揭示了钱塘江河口高含沙区的成因,以及涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一。     

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。     

涌潮对钱塘江河道流场影响的三维数值模拟研究

利用实测的钱塘江地形数据建立了钱塘江三维河道的计算机几何模型,并根据已有的涨潮潮位等水文信息,采用VOF方法追踪模拟水和大气的自由交界表面,对钱塘江涌潮进行了三维非稳态数值模拟。数值模拟结果与不同时刻和不同测点所测得的水文数据的对比显示,模型能较好地模拟涨潮条件下河道内流场和潮位的变化。在此基础上进行了涌潮对河道内流场影响的规律的研究。     

海平面上升对珠江口咸潮入侵的影响

该文基于MIKE21软件建立珠江口二维水动力-盐度输运数学模型,采用实测潮位、流速和盐度资料对模型进行验证,利用验证好的数学模型模拟海平面上升0.5 m、1 m和2 m三种情况下珠江口枯季盐度分布的变化,探究咸潮入侵对海平面上升的响应特征。结果表明,随着海平面上升,珠江口枯季大潮期间盐度整体呈现上升趋势,但在局部地区盐度变化分布存在一定的差异;涨憩时刻磨刀门、落憩时刻磨刀门和洪奇门的等盐度线较为密集,盐度变化梯度较大。最大盐度变化发生在磨刀门口门附近,海平面上升0.5 m、1 m和2 m,涨憩时刻最大盐度增加分别为1.8 ppt、3.6 ppt和7.2 ppt,落憩时刻最大盐度增加分别为2.2 ppt、4.8 ppt和9.6 ppt,这表明海平面上升愈高,河口盐度增加愈大。     

长江口洋山港建设对附近海域潮动力影响研究

长江口洋山深水港工程建成后,洋山海域北侧边界发生了重大变动,引起水动力的变化,影响港区冲淤调整。从大量现场观测资料分析可知,一、二期工程建成后,落、涨潮流速在一期码头前沿剧减;三期工程北岸形成5.7km的平直岸线后,流速有所增加。对小洋山长时间序列潮位的调和分析表明,工程建成后主要分潮的振幅有所增加,近北岸水流局部滞流;海域水流在涨、落憩期间出现潮汐环流;海域东部出现壅水以及涨潮流主轴北偏和北岸水域涨潮流相对增强等现象。潮波运动的非线性效应和柯氏力效应增强的综合影响弱化了该海域的基本流场。     

数值分析海平面上升对磨刀门水道咸潮上溯的影响

磨刀门咸潮上溯有逐年增强的趋势,其发生的频率也越来越高。采用非结构有限体积近岸海洋模型FVCOM建立了磨刀门水道三维咸潮水动力数学模型,并采用实测潮位和盐度对模型进行了率定和验证,表明该模型能够较好地反映磨刀门咸潮上溯的水动力情况。采用已率定的模型,对外海海平面上升15 mm的工况进行数值模拟,研究了海平面上升对咸潮上溯的影响。结果表明,海平面每升高1 cm,磨刀门水道平均水位将升高0~1.67cm;磨刀门水道内表层和底层盐度均随着海平面的上升而增大,咸潮上溯的规律不随海平面的上升而改变;磨刀门水道河口处表、底层盐度增幅相差不大且均不随潮差的大小而变化;河道上游段,海平面上升对底层的影响明显大于对表层的影响,而且表、底层盐度均随着潮差的减小而增大;海平面平均每升高1 cm,磨刀门水道咸潮入侵平均上移距离为0.85 km。该研究对压咸措施有一定的指导意义。     

长江口南港水动力及悬沙的时空分布特征

通过2011年8月中旬一个大潮期间长江口南港某横断面上的5个定点水沙观测资料,分析了南港水动力及悬沙在潮周期及横断面上的分布特征。结果表明:在时间尺度上,南港潮位波动以半日分潮为主,日分潮较小;受径流及Stokes漂流的影响,涨潮流流速明显小于落潮流流速;含沙量随潮波动现象明显,波动频率是潮流的2倍;在空间尺度上,南港纵向流速最大值分布在南侧主槽,转流从北侧副槽率先开始;侧向流主要是由科氏力对纵向流的偏转作用形成;北侧副槽平均含沙量大于南侧主槽;半日潮流驱动下,平均含沙量在急流和憩流时刻将分别增大和降低;半日潮流和余流共同驱动下,在落急时刻和涨急时刻分别会增大和降低平均含沙量。     

杭州湾天文潮长周期变化对涌潮的影响

基于长系列实测潮汐资料和调和分析方法,分析了涌潮起潮点下游杭州湾实测潮汐和天文潮长周期变化,进而分析了天文潮变化对钱塘江涌潮的影响。结果表明：乍浦站实测潮汐每年八月初三和八月十八同日同潮实测潮差、潮到时间和涨潮历时变化幅度很大,最大变幅分别为1.95 m、102 min和122 min;乍浦站天文潮每年八月初三和八月十八同日同潮潮差、潮到时间和涨潮历时最大变幅分别为1.52 m、93 min和46 min。天文潮变化对涌潮影响很大,盐官站同日同潮涌潮高度最大相差1.12 m,涌潮到达时间最大相差93 min,涌潮流速最大相差2.05 m/s,涌潮陡度最大相差18.1%。     

A preliminary study of the turbulence features of the tidal bore in the Qiantang River,China

In this paper, the turbulence characteristics of the tidal flow in the Qiantang River, China, the world-famous Qiantang bore, are studied. A detailed field observation at the Yanguan section of the Qiantang River was carried out during the spring tide in October 2010 with a continuous collection of high frequency turbulence data. The data analysis shows that the hydrodynamic processes are characterized by a strong tidal bore. Statistics of the turbulence such as the probability distributions of the turbulent components, the variance terms and the covariance terms are found consistent with those of previous studies of estuaries without the tidal bore. However, along the vertical profile, the distributions of all variables become more scattered downwards. The horizontal turbulence fluctuations are of a similar magnitude while the vertical turbulence has a fluctuation magnitffde about 1/3 of that of the horizontal turbulences. The fluctuation strengths and the Reynolds stresses are much larger than those of other estuaries when the bore arrives. The bottom shear stress varies periodically with the tides, less than 0.44 N/m2 during the ebb but is increased drastically at the bore arrival, with the maximum being 0.92 N/m2. A good linear relationship is found between the bottom shear stress and the bottom suspended sediment concentration.     

浅谈强涌潮围垦地区的抛石丁坝施工

钱塘江涌潮最强的区域,河床较低、紧临深江,需要在强涌潮顶冲地段进行深水促淤,客观上存在着抛坝难、保坝难、保障难、合龙难等诸多实际困难。萧围东线治江围涂一期工程结合围垦围海造田的施工特点,利用水动力学原理及大小潮汛的特点抛筑丁坝,采取船抛护底等工艺、工法,减少了丁坝抛筑断面方量,大大节省了施工成本。     

钱塘江河口泥沙特性及河床冲淤研究

简要介绍了钱塘江河口含沙量、泥沙粒径的分布特性,建立了钱塘江河口泥沙起动流速和挟沙能力公式,分析了河床大冲大淤、大冲以后大淤、上游段洪冲潮淤、下游段洪淤潮冲等河床演变特性,研究了河床冲淤对洪水和潮汐的巨大反作用.分析研究表明,涌潮到达时,水流激烈冲刷河床,引起含沙量剧增,大多在涌潮过后的20 min内达到极值,形成大含沙量区.在平水期和枯水期,涨潮输沙量明显大于落潮,加剧了河口上游的淤积,涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一.     

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.     

钱塘江河口洪水特性

钱塘江河口是强潮河口,流域来水过大、下游潮位过高,沿江即可能造成非常高水位.半个世纪以来,上游兴修水库,流域洪水已得到部分控制.河口地区大规模围涂,河道趋于稳定.同时,沿江对洪水、潮汐的响应特性有一定程度变化.上游水库拦蓄了一些小洪水,汛前河道容积因此减小;大规模围涂缩窄了河道,加强潮波反射,影响波及杭州湾湾口;河道过水断面减小,杭州20世纪90年代的平均高潮位比80年代高近50cm,70年代开始,年最高水位超过警戒水位的次数几乎每10年增加1倍.     

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。     

钱塘江嘉绍大桥设计涨潮流速计算

嘉绍大桥河段潮大流急，是涌潮发展、壮大的河段，设计流速预测准确与否关系到桥梁工程施工和运行的安全，应用数学模型来预测设计流速是有效途径之一。应用基于Boltzmann方程的KFVS（Kinetic Flux Vector Spiting）格式，采用WLTF（Water Levelbottom Topograph Formulation）方法和特殊的底坡源项处理技术，实现了计算格式的“和谐”。模型在钱塘江涌潮验证的基础上，求得0．33％设计潮差频率条件下的桥位断面设计涨潮流速为7．83m／s，为桥梁设计提供了重要参数。