强风作用下珠江伶仃洋河口湾能量耗散分析

基于珠江河网-河口湾的三维数值模型,通过区域能量耗散项积分方法分析了风作用下的伶仃洋河口湾能量耗散。结果表明,潮能沿深槽向河口与三角洲传播,风的作用改变了伶仃洋河口湾能量通量的振幅和相位,但对各断面多潮平均能量通量影响不大;强风的作用使伶仃洋河口湾区域的单位面积能耗增加,垂向涡动能耗增强1~2倍,摩擦能耗变幅不大,且不会改变地貌形态阻力作用下的能耗空间分布性质。     

黄茅海河口区沿程潮差异常变化研究

为探讨黄茅海河口区潮差沿程先减小后增大这一现象的机理,通过水动力数值模型,分别计算了黄茅海河口潮波传播的特点和潮能耗散计算结果表明:①在潮汐的高潮和低潮时,非线性效应对潮水位的影响较为明显,且越向上游影响越显著;②崖门射流口潮能辐聚,同时单位面积能耗率也最高,沿河道向上游,能耗率有所下降;③截面的变化和摩擦的共同作用是...     

珠江黄茅海河口湾悬沙纵向输运机制分析

河口最大浑浊带(Turbidity Maximum Zone，简称，TM)是指河口区含沙浓度经常明显地高于上游及下游、且在一定范围内有规律地迁移的高含沙水域；其断面平均含沙量稳定地高于上、下游河段几倍甚至几十倍，而且底部含沙量也显著增高，床面往往出现浮泥，存在这些现象的区段，即河口最大浑浊带。在实测资料的基础上，利用机制分解法对黄茅海河口湾悬沙输移机制分析计算，结果表明，黄茅海河口湾悬沙纵向输运项主要有T1,T2,T3,T4即平流输沙、潮汐捕集作用和垂向环流输沙。在不同时期、不同地点，各输沙项在净输沙量中所占比例不同。     

强潮作用下钱塘江河口盐水入侵机制

基于钱塘江河口段上、中、下游3个站点连续5天高频次的流速、潮位、水深、含氯度等实测资料,采用通量机制分解法计算每个潮周期的含氯度输运通量,分析了含氯度输运通量与潮差的相关性、水盐输运分离现象、强潮作用下盐水入侵的动力机制及其对抗咸的启示。结果表明:河口段下游的含氯度输运主要受斯托克斯效应控制,而上游则受平流输运和潮泵输运共同主导,垂直切变作用对含氯度输运的影响非常有限;在河口段的上游存在水体向下游输运,而含氯度向上游输运的现象,该现象会加剧上游河段的盐水上溯;向陆的含氯度输运通量与潮差存在较强的正相关关系,可将潮差作为盐水入侵程度及抗咸调度的重要指标。     

珠江口黄茅海枯季的悬沙变化与泥沙输运

基于2010年3月的观测数据,结合数值模型,分析了珠江口黄茅海悬沙的时空变化,计算了全潮及枯季一个月平均的悬沙通量。结果表明:枯季时黄茅海内的悬沙变化深受河口的流速不对称、内潮不对称的影响,大多数站位都呈现出悬沙含量涨潮高于落潮的现象。受到径流、潮汐、密度环流、局地地形的影响,在河口湾的东槽内出现多个泥沙汇聚的滞流点。通过模拟2010年2-3月枯季时的泥沙输运过程,表明在湾口的岛屿间形成复杂的泥沙输运涡旋。枯季时西口为泥沙向陆输运的通道,而中口与东口则以向海输运为主。东槽内的泥沙输运发生向陆与向海方向的多次转变。     

混流式水轮机飞逸过程瞬态流动与能量耗散研究

水轮机经历飞逸过程时,其内部将出现流动分离、涡漩及高振幅压力脉动等瞬态水力特性。为明确其在飞逸过程的不稳定流动特性,本文以某典型水头段混流式模型水轮机为研究对象,对其由额定转速过渡至飞逸转速的瞬态流动过程开展研究,数值计算获得的飞逸单位转速及流量与试验测试结果吻合较好。结果表明:飞逸过程中,转轮进口处水流在大冲角作用下形成较强的流动分离,诱发转轮叶片通道产生大尺度的涡漩结构,且随转速升高,涡漩体积逐渐增大,对主流形成强烈扰动。过流部件内均捕捉到低频、宽频特征的高振幅压力脉动,频率范围在0.5倍叶频以下,且对应的转轮域压力幅值最高。进一步,本文基于能量平衡方程分析水轮机能量耗散特性,发现各过流部件能量耗散主要发生在转速上升的初始阶段,且转轮和尾水管内的能量耗散之和超过耗散总量的90%。此外,湍动能生成项和雷诺应力做功项远大于黏性耗散项和黏性力做功项,表明不稳定飞逸过程中的能量输运和耗散主要由湍流主导。转轮内的主要能量耗散位置与涡漩结构位置对应,表明转轮内流动分离诱导的复杂涡漩结构是引起能量耗散的根源,为进一步揭示水轮机飞逸过程的能量耗散机制研究指明了方向。     

河口湾动力响应特征

一个等水深，湾宽线性变化的半封闭河口湾动力响应模式揭示了在外海潮动力及低频沿岸波动和风场作用下，河口湾响应场的一特征。结果表明，底摩擦系数，水深，弯宽变化等数与河口湾响应场之间的关系实质上反映了特定条件下河口湾动力波动场的能量集聚，转化和耗散机制。比较发现，河口湾潮响应场之间存在明显特征差异。当周期Ｔ＞２ｄ时，底摩擦效应不再重要。由此而提出的一个更为简化的河口湾低频响应模式使得低频响应特征更为直观     

基于惯性耗散法的峡口岬角地形能耗分析

珠江河口峡口岬角地形(或者称"门")是珠江河口典型的高能耗区,研究其消能机制,对于解释珠江河口宏观动力现象,提高对河口动力过程的认识有重要意义。本文设计了峡口岬角局部突变地形的湍流能耗特性物理模型试验,采用Son Tek 16MHz ADV采集了高频流速数据,统计了时均流速及湍流特征量。利用"惯性耗散法"计算了峡口岬角突变地形与明渠水流的湍流动能耗率。峡口岬角地形的突变特征产生明显的形态阻力,本文试验工况引起的紊动强度量值是明渠的2倍到10多倍,湍流剪切应力较明渠水流大近2个数量级,湍流动能是明渠水流的40多倍,湍流动能耗散率比明渠水流湍流动能耗散率大2~3个数量级。从湍流局部平衡及能量传递理论看,峡口局部形态阻力导致时均流速的空间梯度、切应力增大及形成大量更小尺度的涡是湍流能耗率增加2~3个量级的重要原因。     

长江口枯水期最大浑浊带形成机制

用ADCP获得了长江口最大浑浊带内的高频率和高分辨率流速和悬沙浓度数据,对不同定点站位和走航断面的悬沙浓度、流速和盐度数据进行了分析,同时对不同站位的再悬浮通量以及悬沙输运机制也进行了计算,进而讨论了长江口枯水期最大浑浊带的形成机制。结果表明,枯水期的长江口处于淤积状态,再悬浮通量较小,其数量级介于10-4-10-7kg·m-2s-1之间;平均流输运在整个悬沙输送中占主导地位,斯托克斯漂移效应、垂向环流和潮振荡的垂向切变作用对悬沙输运也有着重要作用;通过分析走航断面的数据确定了枯水期中潮期内最大浑浊带的显著分布区域,“潮泵”作用和河口重力环流作用均在该地区最大浑浊带形成中都发挥着重要作用。     

潮-径相互作用下大辽河口潮能通量的数值模拟

基于FVCOM建立大辽河口水动力数值模型,用数值模拟方法计算分析了潮-径相互作用下大辽河口潮能通量分布与沿程变化特征。结果表明:沿程动能空间分布与水深分布一致,势能空间分布与潮差变化一致且在沿程能量组成中占主要部分;枯水期潮能通量影响范围最远,且潮能通量总体最大,高能通量区集中在深槽和河道断面狭窄处,低能通量区在河口附近潮滩与上游河段;入海口门附近潮能通量方向在丰水期指向外海,在枯水期方向相反。研究结果可为河口沉积动力过程方面的研究提供参考。     

ON FORMATION OF TIDAL FRONTS IN COASTAL SEAS

An energy equation which includes the effects of potential energy,turbu-lent dissipation,heat flux and density flux due to fresh water discharge from estuaries isderived to evaluate the formation of frontal structures in coastal seas.Two different formsof tidal mixing criteria emerge which are the h/u~3 of Simoson and Hunter(1974)for openshallow water and the h/u of Nunes et al(1989)for estuaries.The theory is capable of predictiong tidal fronts in areas where both surface and lateral input of buoyancy are signifi-cant.The theory is applied to a tidal estuary and the locations of haline fronts which resultfrom the influence of the fresh water discharge are predicted.The effect of surface heatingon the formation and location of the frontal system is also discussed for the estuary.     

不同风向对珠江东四口门盐水入侵的影响

采用MIKE3构建珠江东四口门三维水动力数值模型,对枯水期各风向下珠江口的水动力进行模拟,分析北风、东北风和东风对河口涨落潮流速、盐度分布、潮通量的影响。结果表明:表层和底层水体的涨落潮流速变化在风的作用下是相反的。北风促进虎门垂向环流的发展,使小潮期垂向净环流出现频次增加且环流强度增大,导致口门内盐水入侵距离增大,垂向平均盐度增大,东北风的影响与北风相似但幅度较小,东风则相反。北风、东北风使东四口门涨潮量减少,东风使涨潮量增加,落潮量的变化则不仅与风向相关,还与河道走向、垂向环流有关,因此4个口门的落潮量对风的响应有所不同。风的持续作用对虎门盐水入侵影响较大,对其他三口门影响相对较小。     

基于GPU并行的厦门附近海域潮波传播数值模拟研究

厦门周边海域岛屿众多,潮汐汊道交错,水流运动复杂,本文针对该海域开展基于GPU并行的潮波传播精细化模拟研究。基于GPU并行算法构建了厦门附近海域高分辨率二维潮流数学模型,计算效率与单核CPU相比,可提高约180倍。模拟计算了2019年全年厦门周边海域的潮波传播,研究表明,厦门岛附近潮量主要来自厦门湾,潮波自外海向九龙江口方向传播,高潮位逐渐升高,低潮位逐渐降低。同安湾方向潮波受厦门湾和围头湾两股潮波影响,其潮波特性与围头湾更为相似。厦门海域M2分潮占绝对主导地位,其振幅占所有分潮的41.2%,全日分潮K1分潮振幅值最大,同安湾与九龙江口M2分潮振幅接近,K1分潮九龙江口振幅较大,潮波变形程度同安湾较大。     

钱塘江河口治理对河口段潮汐特征的影响

利用七堡、闸口站多年实测潮汐资料,分析了钱塘江河口段潮汐特征的变化。结果表明,近40年来,由于受大面积围涂和上游来水条件等的综合影响,河口潮汐呈明显增强态势,表现为潮汐次数增加、低潮位降低、高潮位抬高、涨潮历时缩短、江水含氯度增大。建议重视围涂治江所带来的负面影响。     

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。     

沿海挡潮闸水力设计关键问题研究

感潮河道上挡潮闸的水力设计与上游涝水、下游潮位涨落情况关系密切且复杂,目前尚无标准计算方法。某沿海挡潮闸外移建设中由于未足够重视基础资料收集,消能设计水位组合不甚合理,造成工程消能设施损坏严重,因此有较长港道的挡潮闸外移时,重新论证新闸处潮位数据显得非常重要。通过剖析工程存在的问题根源,在该工程加固改造设计过程中,深入分析了挡潮闸闸孔总净宽计算、消能防冲设施设计等关键技术问题,可供类似挡潮闸设计工作参考。     

基于实测资料的长江口潮波演变规律研究

长江口三级分汊、四口入海,潮波作用强烈。特殊的动力地貌环境,使得长江口潮波的演变过程较一般河口更加复杂。采用频谱和调和分析方法对长江口枯、洪季实测潮位进行分析,得到了长江口潮汐能量的分布特征和主要分潮的沿程变化过程。研究成果表明:洪枯季各分潮沿河道的变化趋势基本相同;由于非线性作用,随着潮波从口门向上游传播,潮汐频谱更加丰富,且能量从低频向高频发生转移,使得天文分潮逐渐衰弱,而浅水分潮不断形成和发展。此外,从不同传播通道潮波特征的沿程变化可知,南港和北港的潮波特征存在较为明显的差异。     

钱塘江河口治理回顾

以涌潮闻名的钱塘江河口，动力强劲，破坏力极大．回顾钱塘江河口历代治理情况，重点记述１９４９ 年以来治理工作的进展，论述６０ 年代提出的钱塘江河口治理规划的指导思想，即缩窄江道，减少进潮量，增大山潮水比值的整治原则．总结整治规划实施过程中治江围涂经验，特别是“以围代坝”和丁坝坝头保护等工程措施．分析钱塘江河口大规模治江围涂后对钱塘江河口潮汐、洪水位、河床以及杭州湾北岸深槽的影响．     

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。