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。     

瓯江口拦门沙航道回淤分析

通过对瓯江口拦门沙航道3次疏浚后的回淤分析,以及从瓯江口的水流动力条件、风浪、盐度分布对含沙量影响等的初步分析,得出了拦门沙航道回淤的原因.     

再论瓯江口拦门沙回淤及治理研究

分析了瓯江口拦门沙在自然状态下、一期整治工程实施后的泥沙回淤情况,分析表明影响拦门沙回淤的主要因素为周边滩面上的风浪掀沙和上游洪水来沙.在泥沙回淤验证的基础上,应用波流共同作用下的二维泥沙数学模型,研究了拦门沙航道二期整治工程效果,预测了正常水文条件下的泥沙回淤及台风期骤淤.整治工程具有减少风浪掀沙和归顺水流等作用,取得了较好的整治效果,正常水文条件下减淤幅度为14.1%～23.1%,台风期减淤幅度为23.3%～35.7%.     

连云港口门防波堤建设对航道回淤影响数值研究

以连云港海区为例,建立潮流、波浪共同作用下的泥沙运动数学模型,应用年平均含沙量场作为依据对临界冲刷切应力和冲刷率进行率定,并利用实测资料对模型进行验证。在模型基础上研究了口门防波堤建设对年平均含沙量场及进港航道回淤的影响,分析了工程后平均含沙量场的分布形式和航道回淤强度的沿程变化规律。结果表明防波堤修建后,口门处含沙量较高,并向港内和外海逐渐降低,航道回淤强度分布形态与航槽内含沙量分布形态相似;航槽第二年回淤率低于第一年。     

洋口港区烂沙洋北水道航道开挖可行性研究

为满足洋口港区发展需求,应对船舶大型化趋势,开展了烂沙洋北水道自然水深航道浚深的可行性研究。依据现场实测风速、潮流、波浪、泥沙等资料,进行了工程海域气象、水文、地貌等自然条件的综合分析,建立了辐射沙脊群洋口港区二维波浪潮流泥沙数学模型,对航道开挖方案实施后的潮流、泥沙进行了数值模拟,并预报了航道开挖后的常年回淤量和大风天的淤强分布。计算结果表明,航道开挖前后海区内潮流场变化不大,疏浚段流速略有变化;航道开挖后的常年回淤量小于700万m3,一次大风过程航道内不会发生骤淤碍航。因此,初步论证了烂沙洋北水道航道开挖是可行的。     

瓯江口外拦门沙演变及治理措施研究

依据天然实测资料,闸述了瓯江口外岛间拦门沙的演变及发展趋势,提出了瓯江口外拦门沙航道的治理原则,对各种工程方案的规划布置及工程目的作了祥细说明。在模型试验的基础上,对工程方案作了综合分析比较。最后,推荐了拦门沙航道治理措施的最优方案。     

长江口北支航槽开挖后回淤计算方法对比研究

针对长江口北支某航道调整工程航槽开挖后航道水域的泥沙回淤问题,结合航道水域的回淤情况,采用泥沙数学模型和3种经验公式进行回淤计算,并对比分析了4种方法的适用性。结果表明:由于该航道处于高含沙水域,航槽开挖后2 a内河床基本达到平衡状态;4种计算方法结果总体上差别不大,各有适用性。可为类似航道治理方案设计、工程建设以及防淤措施研究提供依据。     

虾峙门航道回淤研究

虾峙门口外海域为顺时针旋转流。本文在分析本海域潮汐、潮流、波浪、泥沙特性的基础上，建立含沙量场，并根据旋转流作用下航道回淤的特点，初步估算了开挖航道的回淤量。研究表明：从航道回淤及维护的角度考虑，虾峙门口外开挖２０￣３０万ｔ级航道是可行的。     

河口拦门沙段航槽回淤试验研究

河口、海湾地区航道开挖后,航槽内水流强度往往会降低,引起泥沙回淤。以某深水航道为例,利用水槽试验研究沙质海岸波流共同作用下的推移质运动对航槽回淤的影响,得出了航槽回淤量与航道边坡、滩面水深、波浪情况的关系,提出适用于该深水航道的推移质输沙率计算公式,可供其他相似工程参考。     

虾峙门航道回淤研究

虾峙门口外海域为顺时针旋转流。本文在分析本海域潮汐、潮流、波浪、泥沙特性的基础上，建立含沙量场，并根据旋转流作用下航道回淤的特点，初步估算了开挖航道的回淤量。研究表明:从航道回淤及维护的角度考虑，虾峙门口外开挖２０～３０万ｔ级航道是可行的。     

江道采砂对椒江河口的影响分析

椒江河口以牛头颈口门为界,分为口内和口外,口内为椒江、灵江和永宁江,口外为椒江口。一般情况下,随着椒江流域径流丰枯变化,泥沙在口外与口内之间来回搬运,口内河床呈"洪冲潮淤",口外相反,自然状态下总体较为稳定。1990后,椒江河口河床呈持续下降的异常变化,且口内下降幅度明显大于口外,本文通过分析河口区近期潮动力变化和各类工程的影响特点,认为近期异常变化主要是由于口内椒江和灵江江道采沙引起,并采用河口河相关系对椒江口断面变化幅度进行验算。     

飞云江口二维潮流泥沙数值计算

建立了飞云江口二维潮流泥沙数学模型.模型经验证后,计算分析了凤凰山深水港区两个规划方案下的水流变化及泥沙回淤强度.计算结果表明,方案2的回流范围和泥沙回淤强度均小于方案1.     

海湾型潮汐通道中大型深水港开发的水沙问题研究

正在建设中的我国钢铁基地曹妃甸的前沿深槽属于典型的海湾型潮汐通道,潮流在深槽内基本为东西向的往复流,是维持深槽水深的主要动力;其泥沙的运动受波浪与潮流共同作用,风浪掀沙作用对含沙量场影响明显。针对这类海湾型潮汐通道的波浪、潮流、泥沙及海床演变的特点,建立了波流共同作用下的二维泥沙数学模型,并进行了2006年冬、夏季大小潮潮流、泥沙的验证。验证结果表明,本海域潮位及15条同步垂线流速、流向、含沙量过程的计算值与实测值吻合良好,矿石码头港池前沿计算的冲淤厚度及其分布趋势与实测值接近。在此基础上,研究了曹妃甸深水港开发引起甸头以南深槽、老龙沟深槽、各港池的流速变化及港池航道内的回淤和台风暴潮引起的骤淤等问题,为论证沿海潮汐通道的保护利用以及港口工业的发展等提供依据。     

维持河口冲淤平衡洪水流量阈值研究

针对河口入海径流匮乏和海相来沙淤积的特点,引入纳潮回淤法计算漳卫新河河口年均纳潮淤积量,在此基础上,利用河口一维水沙数学模型模拟不同洪水条件下的河道冲淤量,建立洪峰流量与河道冲淤量的回归关系,确定了维持河口冲淤平衡洪水流量阈值。结果表明,漳卫新河河口年均纳潮淤积量36.7万m3,维持河口冲淤平衡的洪峰流量阈值为772.1m3/s、相应的5日平均流量为318.9m3/s。研究为河口冲淤平衡洪水流量计算提供了一种新的思路和方法。     

黄河流域典型沙质河段冲淤量预估方法及应用

为扭转宁蒙河段水沙失衡趋势,合理分配输沙用水,提高河道排洪输沙效率,本文根据黄河流域典型沙质河段实测资料,依照河流动力学原理,通过引入水流挟沙力,建立了不同水沙条件下典型河段冲淤量预估方法。实测资料检验表明,该方法能够简便快速地根据进口断面洪水实测水沙因子,较好地预估下游河段的冲淤量。通过分析不同条件下预估冲淤量可以得出,在经历多年淤积而致主槽严重萎缩的情况下,内蒙古巴彦高勒-头道拐段以1 500 m3/s流量级冲刷河槽效率最高,建议在水库调节初期采用小流量多阶段冲刷的方式,达到重塑河槽的效果。根据不同的进口条件快捷估算河段冲淤量,能够为河流水沙过程调控以及河道整治规划提供技术支撑。     

江苏东台潮滩沙纹形态特征及其演变过程的数值模拟研究

主要研究了江苏东台潮滩下部沙纹形态特征及其主要影响因素。基于潮滩下部水深、流速、沙纹形态的观测及表层沉积物的粒度数据,分析了研究区沙纹形态特征及其与潮汐水动力条件、沉积物粒度间的关系。并建立了地貌动力学模型,模拟了不同沉积物粒度和不同水深变化条件下沙纹尺度(波长、波高)的变化和沙纹的演化过程。研究结果表明:潮滩表面主要形成尺度较小的不对称沙纹,其形态的主要影响因素是流速和沉积物粒度,在一定范围内,流速越大,沉积物颗粒越细,沙纹尺度越大。在一个潮周期内沙纹形态经历以下过程:平底→不对称性指示涨潮方向的沙纹→平底→不对称性指示落潮流方向的沙纹。     

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。