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。     

河口海岸潮流速分布模式研究

在沿岸水域尤其是在浅海陆架和近岸区，潮流在水流运动中起着主导的作用，在潮流运动中，近底流速剖面偏离传统的对数分布。根据前人的研究，笔者曾从理论上得到了近底流速分布的对数线性模式。但该模式对近底层的数据要求较高，一般近底1m之内需要四层测量数据，而这些数据在实际应用时很难得到。因此，本文根据潮流运动的表面边界条件将该模式进行扩展研究，使其能适用于传统的六点法测量数据。该扩展模式为对数抛物模式，适用于全水深，是潮流速分布模式。通过长江口和江苏岸外西洋海域两个实例计算分析，并与传统的对数分布模式比较，结果表明该潮流速分布模式在各层数据上都与实测数据具有良好的相关性且物理量z0与u．之间具有更好的一致性和相关性，可应用于河口海岸流速分析研究。     

河口海岸近底层潮流速分布模式初步研究

许多现场实测资料表明,潮流近底流速剖面偏离传统的对数分布。虽然偏离值可能不大,但利用对数剖面去计算河底粗糙长度和剪切应力时会引起较大的误差。有研究者的数值试验表明,如果通过流速是对数分布来估计粗糙长度和底部切应力,偏差可能超过100%(Kuo等,1996)。本文从流体动力学原理出发,利用Prandtl混合长度和Von Karman自相似理论,建立河口海岸近底层潮流速分布的对数线性模式。通过对英国大陆南部西Solent水道实测水流垂向分布进行枚举粗糙长度z0结合最小二乘法拟合,并将计算结果与传统的对数模式的结果比较,表明本文模式有以下优点:①精度高,计算值更接近实测值;②所确定的粗糙长度z0和摩阻流速u*的相关系数更高,且两者在相位上更趋一致。     

基于霍夫变换确定流速剖面参数

传统的最小二乘法拟合流速剖面存在一定的困难.利用霍夫变换抗干扰(或噪声)能力强的优点,可将干扰点(或噪声)剔除,然后用霍夫变换拟合流速剖面.当精度要求较高时,可将各拟合点到拟合直线的距离作为判别标准,对经霍夫变换剔除干扰点(或噪声)后的数据点再进行最小二乘法拟合.经过检验与应用表明,霍夫变换拟合的流速剖面比传统的最小二乘法更接近实测值.     

一种扩展型缓坡方程的时域计算模式

该文通过引入有效波面函数,把考虑海底摩擦、波浪破碎、陡变和快变地形等因素影响的扩展型缓坡方程,化为最简形式的时间双曲型缓坡方程.基于此方程和非线性振幅频散关系,建立了波浪传播的数值模拟模型,并对数值格式进行了误差分析,结果表明由于耗散项的引入,数值格式的稳定性较文献[1]得到了提高.数值解与物理模型实验值和解析解吻合良好,表明模型可以对近岸波浪传播过程中折射、绕射、反射、浅水变形、海底摩擦、波浪破碎和弱非线性等因素的影响进行较好地预测.     

长江口九段沙分流计算模式及工程应用

本文根据流体运动的最小阻力原理，研究了长江口九段沙的分流，导出了它发育长度的理论公式，这一公式的建立加深了对该河段河床演变规律的认识。文中计算了1998年南、北槽的分流比，预测了长江口深水航道整治工程一、二、三期及远景规划实施后，北槽在正常条件下的分流比，以及当丁坝间淤满时的最小分流比，这些计算值和预测值均有一定的精度。对深水航道治理的研究来说，本文又提供了一个新的方法。     

基于扩展型浅水方程的地表水与地下水整体数值模型

提出了能同时满足地下水和地表水运动的扩展型浅水方程,并结合非结构隐式有限体积法,建立适用于海岸、河口地区的地表水与地下水整体数值模型。在一套模型内同时模拟地下水与地表水运动,避免了传统方法两者交界面边界条件的匹配问题,且模型时间步长不受CFL条件的限制,计算效率较传统方法明显提高。模型成功模拟了滨海地区封闭型泻湖受外海潮汐影响而产生的水面震荡现象,计算值与实测值吻合较好。进一步通过与Thacker浅水湖振荡解析模型的比较,表明该模型还可应用于复杂潮滩海域地表水动边界的模拟。     

潮致地下水环流对黄河口外海含氮量的影响

近年来,渤海水质营养盐结构发生了显著变化,黄河口外海水质逐渐从高磷低氮向低磷高氮转变,特别是黄河口外无潮点海域水体无机氮含量较高。研究表明:由于无潮点海区沿海岸潮差分布差异比较明显,因此导致内陆一侧潜水层内地下水超高在空间分布上也存在显著差异,促使内陆地下水流从高潮差滨海区向低潮差滨海区运动,并促进内陆污染物迁移入海;靠近无潮点的海岸超高最小,成为地下水流的汇合入海处;随着近年来农村氮肥的大量使用,陆源污染有所加重,地下水中氮元素含量远高于地表水,在此类地下环流的长期作用下近岸海水中氮含量有所增高,由此导致局部海域水质逐渐由氮限制向磷限制方向演化。     

平面潮流数值模拟中底床摩阻系数的修正

本文从三维潮流运动控制方程出发，假定潮流垂直分布服从对数律，推得了一个较全面反映水深、水位变化梯度和流向等因素的摩阻系数修正表达式，理论分析和应用表明，运用修正后的摩阻系数，平面二维潮流数值模型更为完善，并能适用于陡变地形，从而使复演模拟和工程计算结果更为科学合理。     

长江口盐水入侵研究

根据长江口盐水入侵的历史和现状 ,指出流域大量蓄引提供水工程、北支入流条件恶化、湖泊和河槽调蓄能力减弱等是导致长江口盐水入侵加剧的主要原因 ,而南水北调工程将使入海径流减少以及北支河势继续恶化、海平面上升加剧 ,河口整治与开发是今后所面临主要的问题。在总结长江口盐水入侵研究现状的基础上 ,提出了一些初步想法。