潮流作用下潮汐汊道稳定关系及试验研究

通过分析现有国内黄渤海、东海、华南沿海潮汐汊道的口门稳定纳潮棱体P与过水口门断面面积A的关系,对P-A关系的局限性及其存在问题进行了说明.在此基础上对维持潮汐汊道口门稳定的动力及其条件特点进行了分析,利用几个天然海湾参数资料,并考虑潮流动力、底床稳定因素推导出新的湾内纳潮面积S、口门断面平均流速V和口门断面面积A的关系即VA=0.001 5SH.同时通过建立潮流物理模型,保持湾内水域面积不变,进行250～400 m口门宽度条件下的口门流速试验,得到口门断面面积与口门流速间的关系.考虑潮流动力因素所得到的S-VA关系计算结果与模型试验得到的结果相吻合.     

瓯江河口江心屿汊道分流特性研究

汊道分流特性分析是汊道演变研究的基本问题之一。历史上瓯江河口江心屿汊道分流比变化大致可划分为剧变期、缓变期和稳定期3个阶段。结合瓯江河口近期河床演变的特点,对江心屿河段节点控制断面的分布进行分析,提出汊道分流比的简化计算方法,并与现场实测数据进行对比和研究。结果表明,该简化计算方法具有较高的效率和精度;江心屿汊道河段受自然山体地质构造和人工涉水建筑物的影响,汊道分流比受南北2汊节点断面过水面积比的影响显著。     

河流分汊成因与演变机制研究综述

基于较系统的文献调研,介绍了分汊形成机制如中心沙坝沉积、横向沙坝转换、斜槽切断、复合沙坝切割和河道决口,水沙分配影响因素如汊道几何形态、汊道河床地形、汊道内的水力特性和潮汐等因素,和水沙分配计算方法等主要方面的研究进展,并以长江中下游分汊河段为例,总结了其分汊河道的水力特征和演变规律。最后探讨了分汊河道研究中还需解决的问题,以及数值模拟方法在分汊形成与演变研究中的应用及前景。     

河口航道治理中导堤丁坝工程措施的影响探讨

长江口北槽深水航道治理采用了双导堤加丁坝的工程措施,取得了显著的航运经济效益,但还面临疏浚量偏大的问题,为此还需探讨导堤丁坝工程在潮汐河口航道治理应用中可能的问题。首先认识到潮汐动力的重要性及可塑性,工程约束下的河道进潮量减小,会减弱径潮相互作用及其向海的净输沙;其次治理分汊河口的单一汊道,将改变汊道间的动力平衡,致使治理汊道的分流比减小;再者高导堤减弱滩槽间的横向环流,加强河口纵向密度环流,或不利于向海净输沙。考虑到潮汐河口与河流及弱潮河口的差异,在潮汐分汊河口的层化环境下采用导堤丁坝这样的工程措施来治理航道需要更谨慎的选择。     

汊道平面形态对河口潮波传播的影响

河口平面形态对于潮波运动有着明显的影响,特殊的河口汊道平面形态会使得潮波传播出现复杂的特征,从而造成一些河口独特的水位分布状态。本文的研究以河口分汊汊道为例,利用Delft3D建立一系列潮汐河口分汊理想数学模型,通过各个模型河口汊道平面形态的概化设置,探讨了不同汊道弯曲以及宽度收敛等平面形态特征对潮波传播过程的影响,阐明潮汐河口汊道平面形态特征对径潮动力状态的影响机制。研究表明汊道宽度收敛效应是河口潮波传播过程产生变化的主要原因,宽度收敛效应通过调整摩阻项及压力梯度项之间的动量平衡过程增强了潮波传播。     

太湖流域平原河网分流比影响因素

以太湖流域典型分汊河道为例,构建河道二维水动力模型,研究平原河网分流比主要影响因素及其作用机理,并运用岭回归建立了平原河网分流比预测方程。结果表明:平原河网分流比与糙率、支汊过水宽度比、水位差呈正相关关系,与干流流量呈负相关关系,与分汊角度关系复杂;干流流量和支汊过水宽度比是影响分流比的主要因素;构建的多因素平原河网分流比综合预测方程可用于预测平原河网分汊河道分流比。     

感潮分汊河段二维浅水非恒定潮流数值模拟研究

长江下游河段受径流和潮汐双重作用,潮流动力机制复杂,且下游河道形式多以分汊河段为主,河床边界蜿蜒曲折。以汊道众多的扬中河段为例,建立了感潮河段二维浅水非恒定潮流数学模型。模型计算结果表明,模型精度高,潮位和断面流速分布合理,流量过程与实测值差别不大,能精确复演感潮分汊河段的潮汐水流运动过程。通过枯水大潮期模拟,以汊道分流比变化做为主要分析目标,发现潮流界附近的扬中河段涨潮动力不强,汊道分流比涨潮期趋向于无序状态,而落潮期则持续时间较长,分流比稳定在落急时刻附近。     

长江口北港主槽河道悬沙输运空间结构特征分析

长江口为多级分汊型中等潮汐河口,北港是长江口二级入海汊道,被规划为长江口重要通航水道,对其悬沙输运过程和规律的研究至关重要。根据大潮期间北港主槽横断面上均匀分布的5个站点的同步水沙观测资料,采用准调和分析等方法将观测数据分解为潮平均量和多个随潮波动量,以分析北港悬沙输运的横断面空间结构特征和各动力因子的贡献机制。研究结果表明:大潮期间北港主槽横断面总输沙量主要由余流输沙、半日潮流输沙和M_4潮流输沙构成,各部分输沙量空间结构差异显著。总输沙量在断面北侧大部分区域指向外海,南侧小部分区域指向上游。强径流作用下的海向余流输沙是构成北侧海向输沙的主要因子。在径流及微弯河势影响下,北侧河道断面落潮流输沙显著强于涨潮流输沙,致使北侧半日潮流输沙指向外海,其贡献机制仅次于余流输沙。南侧河道断面陆向输沙主要由半日潮流输沙和M_4潮流输沙组成,其中半日潮流输沙占主要部分。北港水下地貌结构和冲淤演变趋势与断面悬沙分布特征和输运结构密切相关。     

现行黄河口区的水沙动力与汊道演变

近年来黄河入海水沙量持续减少,河口水沙动力和地貌演变出现了新的情势。基于黄河口区实测水文泥沙和利津站水沙数据等,阐述目前黄河口的水沙动力与汊道演变。研究发现,现行黄河口区潮汐存在“潮位一升一降,潮流二次往复,流速四峰四谷”的特征,形成了涨潮北流、涨潮南流、落潮北流和落潮南流4种流动形式,以及近岸与远岸对峙的余流场;河口径流量减少,潮流界和潮区界有所上溯;口门东、北两汊涨落时刻不同步,形成了短时汊道环流。剪切应力计算结果显示,口外悬沙含沙量主要取决于床面的泥沙动态,悬沙含沙量主要受泥沙的沉降和再悬浮控制。口门进出潮水量计算结果显示,口门进潮量北汊大于东汊,而入海水量北汊小于东汊,表明目前北汊趋于衰退,而东汊将逐渐成为径流入海的主汊。     

珠三角分汊河道险段形成机理及整治措施初探

珠江三角洲河网区河道受径流、潮汐动力双重作用,汊道分流随径流潮汐动力变化而变化,险段形成机理较单一河道复杂,传统治理方案易改变汊口两侧河道的分流比,影响整治效果。在分析了典型分汊险段附近河床演变特征的基础上,分析险段水动力特性,研究了其形成机理,并对各种整治防护措施进行对比试验。结果表明,模袋混凝土方案不改变汊道分流,不增加相邻河道泄流压力,且其整体性、适应性和高抗冲性避免了险段所在岸坡及河床的冲刷,可起到防护岸坡与堤脚的作用。该整治方案可为相关分汊河道险段治理提供借鉴。     

博贺湾海域悬沙输移机制分析

根据博贺湾海域大潮期间的水文泥沙实测资料,采用悬沙通量机制分解法将悬沙净输移通量分解为多个动力项,并分别从平流输沙、潮泵输沙和垂向净环流输沙三方面分析了悬沙输移机制。结果表明:博贺湾海域大潮期间拉格朗日余流基本沿涨潮方向,离岸越远,余流值越大,欧拉余流大小与拉格朗日余流相近,斯托克斯余流接近于零;平流输沙在悬沙净输移中占主导作用,其中欧拉余流输沙作用方向与涨落潮优势流相关;博贺湾海域潮泵效应输沙作用不强,潮泵作用由涨落潮潮流和含沙量在潮周期的不对称性引起;垂向余环流输沙作用很弱,垂向净环流输沙和拉格朗日余流和含沙量的垂向分布有关。     

潮汐通道边坡潮流垂向结构及其底床冲淤数值模拟

本文阐述了潮汐通道边坡潮流、悬沙垂向结构，并建立了边坡流速垂向梯度解析式。通过理论关系式和现场观测资料分析论证，得知横向湍流掺混作用是造成边坡流速垂向分布较均匀的主要动力机理，考虑到潮汐通道边坡水动力场和悬沙场分布特点，应用平面二维泥沙运动数值模型模拟边坡区底床冲淤趋势，模式经岙山边坡试算，所获结果与该底床冲淤现状基本一致。     

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。     

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。     

长江河口南槽近期滩槽水沙输移特性分析

为了深刻认识近期长江河口演变趋势,依据2005,2006年和2010年长江口南槽滩槽洪枯季实测水文泥沙数据,分析了主槽与浅滩的水动力条件及悬沙浓度的时空分布特征。利用机制分解法,研究了河口滩槽间泥沙输移及交换机制。研究结果表明,长江口南槽主要以往复流为主,落潮流速大于涨潮流速。随着水深变浅,水流流速过程线存在差异,使不同区域的水流挟沙能力和输沙过程不同。输沙以平流项输沙通量为主,但潮泵作用在南槽地区泥沙输移中也占有重要地位,形成"主槽出沙、浅水进沙"的输沙模式,促使南汇边滩前缘缓慢淤涨。     

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。     

黄河2009年调水调沙期间河口水动力及悬沙输移变化特征

根据2009年7月黄河第九次调水调沙期间和结束后在黄河口两个站位观测的水文泥沙资料,对调水调沙期间和结束后河口的水动力和悬沙分布特征进行了对比分析,并对潮周期内悬沙输移过程进行了探讨.结果表明:调水调沙期间相比于结束后,落潮动力加强,涨潮动力有所减弱,尤其在水体表层表现明显,河口切变锋类型不同,其出现时间长度亦不同;调水调沙期间含沙量较大,垂向分布较复杂,而结束后含沙量低,垂向梯度变化较小;此外,调水调沙期间河口悬沙在输移过程中以沉降作用为主,并在涨急和落急时刻伴随着底沙的再悬浮,而结束后悬沙浓度降低幅度较大,泥沙再悬浮作用较强.     

模型变率对潮流定床和动床模型试验结果的影响

为了解潮流实体模型变率的影响程度,按照窦国仁河口海岸全沙模型相似理论设计5个变率分别为2.5,4,6,8.33和12.8的系列概化河口模型,进行无丁坝和不同丁坝布置情况下清水动床、悬沙定床和悬沙动床模型试验,给出变率与航道流速和泥沙冲淤变化之间的关系。     

往复流作用下海底管线冲刷模拟研究

海底管线冲刷悬空是诱发管道涡激振动破坏的一个主要原因。为更好地对管线冲刷悬空情况进行评估,本文应用水动力-泥沙冲刷耦合模型,对往复潮流作用淤泥质海床海底管线局部冲刷过程进行了模拟研究,模型采用标准k-ε紊流方程对N-S方程进行封闭,控制方程采用有限差分法进行离散,模拟结果表明,双向潮流作用下,管道局部冲刷轮廓基本呈现对称状态,其最大冲刷深度位置因水流流速的转向而有所摆动,往复流引起的冲刷深度较恒定流情况减小约20%左右。     

潮滩围垦对近海潮流及污染物输移的影响研究

为研究潮滩围垦对潮流和污染物输移的影响,基于二维嵌套的水动力水质模型,以通州湾为例分别模拟了不同潮滩围垦工程前后的潮流场及污染物浓度场,并用实测资料对模型进行验证,据此分析潮滩围垦作用下的流速变化和以COD为污染指标的物质输运特征。研究结果表明:通州湾围垦工程具有一定的阻水作用,且在围垦一、围垦二的堤头出现了局部挑流现象,其余海域的流速流向基本没有变化;潮滩围垦阻碍了通州湾南侧海域高浓度污染物的输移扩散,改变了该海域的污染物浓度场,且随着围垦范围的扩大,局部污染物浓度有所增加。综上所述,潮滩围垦改变了潮滩地形、水动力环境特征和污染物输移扩散能力,进而影响到潮滩的水文状况和水质环境。