淤泥质海滩泥沙交换输移形式及其判据的探讨＊

本文应用协方差分析结果揭示淤泥质海滩泥沙输移的两种形式:以横向为主的泥沙输移形式,以垂向和横向掺混交换并存的泥沙交换输移形式.前者反映出潮流作用下泥沙的运移.相应的海滩发生淤积;后者是波浪和潮流作用下泥沙的交换输移形式,相应的海滩发生侵蚀.此外,又采用参数估计的方法对参与交换的泥沙进行粒径区间估计,作为判断淤泥质海滩泥沙是否运移扩散的一种判据.     

三维水沙输移模型对深圳深水湾水沙输移的研究

运用三维水沙输移模型研究深圳深水湾的泥沙输移,经过实测资料的验证,计算值能够模拟实际情况,表明波浪对泥沙输移有重要的影响。为进一步研究深圳深水湾泥沙在潮流作用下的输移规律,模拟了1998年7月21日至1998年8月21日涨退潮期间的水沙运动,计算结果表明深水湾属于泥沙淤积区域。     

波浪作用下的泥沙起动

在探讨波浪作用而引起的泥沙输移时，首先应确定泥沙的起动条件。Ｍａｄｓｅｎ和Ｇｒａｎｔ曾把单向水流Ｓｈｉｅｌｄｓ起动曲线推广到波浪作用下的泥沙起动中去。本文通过对单向水流作用下的泥沙起动希尔兹曲线的分析，阐明被浪作用下泥沙起动与水流希尔兹曲线产生误差的原因，由此提出波浪作用下泥沙起动     

NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝沉降动力学模式的影响

细颗粒泥沙的絮凝沉降对泥沙输移、土壤渗透性以及污染物迁移有重要作用。在泥沙初始浓度为5g/L、10g/L、20g/L时，作者用吸管法研究了不同浓度NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝沉降的影响，认为细颗粒泥沙相对浓度随时间的变化符合双曲线型动力学模式，泥沙絮凝沉降越快，研究发现泥沙中值沉速（中值粒径）随泥沙初始浓度和NaCl浓度的增大而增大，但泥沙初始浓度和NaCl浓度较高时渐趋缓慢；细颗粒泥沙絮凝度与分散粒径呈幂函数关系，细颗粒泥沙絮凝临界粒径为0．0245mm。     

近海与河口粘性泥沙输移过程——第六届INTERCOH 2000综述

第六届近海与河口粘性泥沙输移过程国际学术会议主要包括以下内容 :1)粘性泥沙与湍流的相互作用 ;2 )淤泥动力特性的现场观测 ;3)粘性泥沙输移过程的数值模拟 ;4 )絮凝作用和絮凝团沉降速率 ;5 )淤泥底床侵蚀、固结过程。主要进展表现在 :1)分形理论被应用于粘性泥沙运动 ;2 )水声学技术、PIV技术的应用 ;3)原位剪应力测量装置 (ISIS)被应用于测量淤泥表面、床体上的侵蚀剪应力分布 ;4 )生物对粘性泥沙运动影响的研究 ,即利用环形水槽实验等 ,探讨异养细菌、超细胞聚合体对粘性泥沙稳定作用的影响 ;5 )一种健壮、有效的适应有限元数学模型 ,考虑絮凝、非牛顿流及高浓度下的湍流耗散 ,被用来解决粘性泥沙的输移问题。     

波浪作用下的泥沙起动

在探讨波浪作用而引起的泥沙输移时，首先应确定泥沙的起动条件。Madsen和Grant曾把单向水流Shields起动曲线推广到波浪作用下的泥沙起动中去。本文通过对单向水流作用下的泥沙起动希尔兹（Shiclds）曲线的分析，阐明波浪作用下泥沙起动与水流希尔兹（Shields）曲线产生误差的原因，由此提出波浪作用下泥沙起动Ψ_m～S_*曲线。大量实验资料表明:该曲线与实验值有着良好的一致性。     

波浪作用下软泥床面的粘性泥沙悬扬

本文考虑波浪与软泥床面相互作用，建立了计算软泥床面上波浪剪应力的理论模型.计算结果表明，床面运动对波浪床面剪应力的影响很大.对波浪作用下粘性泥沙悬扬进行了实验研究，得到了不同密度泥床粘性泥沙悬扬的临界剪切力与泥沙流变参数的关系，并与水流作用下粘性泥沙悬扬的结果进行了比较。     

粘性泥沙冲刷源项公式的改进

为研究粘性泥沙的冲刷规律,本文引入床沙相对干密度以反映冲刷源项与床沙干密度的关系,提出分别适用于弱固结和强固结河床的冲刷源项公式.采用室内粘性泥沙的冲刷试验资料确定公式中各系数,然后采用天然沙及细颗粒石英沙的冲刷试验资料验证强固结河床的冲刷源项公式.计算得到的冲刷源项与实测值符合较好,结果表明这两个公式能够用来计算水沙数学模型中粘性泥沙的输移过程.     

粘性细颗粒泥沙静水絮凝沉降生长的计算机模拟

利用分形生长模型对粘性细颗粒泥沙的絮凝沉降过程进行了计算机模拟,在扩散受限的絮团聚集模型(DLCA模型)的基础上,初步研究了粘性细颗粒泥沙的絮凝沉降分形生长过程,并对最终的絮凝体进行了图像处理,得到了分形维数和颗粒浓度的关系。     

NaCl对细颗 粒泥沙静水絮凝沉降动力学模式的影响

细颗粒泥沙的絮凝沉降对泥沙输移、土壤渗透性以及污染物迁移有重要作用. 在泥沙初始浓度为5g/L、10g/L、20g/L时, 作者用吸管法研究了不同浓度NaCl对细颗粒泥沙静水絮凝沉降的影响, 认为细颗粒泥沙相对浓度随时间的变化符合双曲线型动力学模式, 泥沙絮凝沉降越快, 研究发现泥沙中值沉速(中值粒径)随泥沙初始浓度和NaCl浓度的增大而增大, 但泥沙初始浓度和NaCl浓度较高时渐超缓慢; 细颗粒泥沙絮凝度与分散粒径呈幂函数关系, 细颗粒泥沙絮凝临界粒径为0.0245mm.     

Impacts of wind waves on sediment transport in a large,shallow lake

Lake Okeechobee is a large, shallow subtropical lake, located in south Florida. Over the last several decades, Lake Okeechobee has experienced accelerated eutrophication due to excessive phosphorus loads from agricultural run‐off. Recycling of phosphorus from bottom sediments through resuspension is critical to addressing eutrophication of the lake and for water quality management. The present study investigates the impacts of wind waves on sediment transport in Lake Okeechobee, using measured data and the Lake Okeechobee Environmental Model (LOEM). The LOEM was fully calibrated and verified with more than 10 years of measured data in previous studies. Analysis of the measured data indicates significant wave height (SWH) and suspended sediment concentration are closely correlated to the wind speed in the lake. The nonlinear interaction of high‐frequency wind waves with relatively low‐frequency currents in the boundary layer plays a key role in sediment deposition/resuspension. Without considering the effects of wind waves, the bottom shear stress can be greatly underestimated. The spatial variations of key variables for sediment modelling, including SWH, water depth, orbital velocity, current velocity, bottom shear stress and sediment concentration, are discussed. In general, the near‐bottom wave velocity (and the associated bottom shear stress) is greater than or the same order of magnitude as the near‐bed current velocity (and the associated bottom shear stress) in this shallow water system. Although the sediment zones of Lake Okeechobee were described in previous studies, few published papers discussed its formation mechanisms. The findings of the present study include that the multiyear averaged bottom shear stress with wind‐wave effect plays a key role in forming the spatial patterns of the sediment zones. The study results are currently being used in lake management and in developing strategies for reducing phosphorus in the lake.     

The role of wind-wave related processes in redistributing river-derived terrigenous sediments in Lake Turkana: A modelling study

A complete annual cycle of the dynamics of fine-grained sediment supplied by the Omo and smaller rivers is simulated for Lake Turkana, one of the world’s large lakes, with the hydrodynamic, wave and sediment transport model Delft3D. The model is forced with river liquid and solid discharge and wind data in order to simulate cohesive sediment transport and resuspension. It simulates stratification due to salinity, wave generation and dissipation, and sediment advection and resuspension by waves and currents, with multiple cohesive sediment fractions. A comparison of the simulation results with remotely-sensed imagery and with available in-situ sediment deposition rates validates the model. By devising simulation scenarios in which certain processes were switched on or off, we investigated the contribution of waves, wind-induced surface and bottom currents, salinity-induced stratification and river jet, in resuspending and transporting fine sediments in the lake basin. With only the wind or river influence, most of the sediment deposition occurs in the first 10 km off the Omo River mouth and at a depth < 10 m. When waves are switched on, increased bed shear stresses resuspend most of the fine sediments, that are then deposited further and deeper in the first 30 km, in water depths > 30 m. This study sheds new light on sediment transport in Lake Turkana and in great lakes in general, favouring the view that wind-waves can be the main agent that transports sediment away from river mouths and to deeper areas, as opposed to river-plume or gravity-driven transport.     

波、流共同作用下的近底泥沙输移及航道骤淤预报

波、流(包括潮流和风吹流)共同作用下的输沙机理是波浪轨道速度掀沙与挟沙，波浪传质速度、潮流速度和风吹流的合成速度输沙。根据波动水流能量及泥沙运动原理，参考窦国仁推导底沙输沙率的方法，推导出波浪、潮流和风吹流共同作用下的底沙输沙率公式。对于细颗粒泥沙，底沙输沙实质上是近底泥沙(包括浮泥)的输移；应用本文公式对大风期黄骅港外航道的骤淤进行验证计算，得到与天然较符合的结果。另外，根据近年的实践，改进以前的浮泥输沙公式，给出二种输沙的计算模式。本文是作者1987年以来研究此问题的总结。     

太湖波动特征分析

浅水湖泊中，富营养化程度除了依赖于外源输入外，内源释放亦是举足轻重，而底泥中的内源释放主要源于风强迫作用下形成的水面波动和底层湖流产生的剪切作用．并且波浪产生的切应力远大于底层湖流产生的切应力。此外．湖岸边界处的波浪作用够侵蚀岸堤，造成泥沙堆积而由此导致航道淤积．波浪作用引起的对水体中营养盐的水平和垂直输送会造成整个湖体中不同地区的水质差异．这也是太湖蓝藻水华爆发具有季节性和区域性的原因之一。本文基于在太湖北部、中部和南部利用波浪仪所观测的数次波浪数据．分别计算了平均波、有效波和1/10大波的周期、波高和波长及其由波浪产生的切应力，并利用验证后的浅水波浪模式．对太湖中冬、夏季盛行风作用下的易悬浮区域做了计算，发现夏季东南风作用下．西北沿岸带由其水浅和风的吹程较大而易引起的底泥悬浮．而冬季受西北风影响时易悬浮区域位于太湖东南部。     

潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力的研究

本文将湍流猝发理论用于潮流与波浪共同作用下挟沙能力的研究。基于湍流猝发的时空尺度得到波浪和潮流作用下床面泥沙上扬通量 ,然后根据连续律 ,建立了平衡近底含沙量的理论表达式。进而根据波浪掀沙和潮流输沙的模式 ,推导得出了物理概念清晰和充分考虑床面附近泥沙交换力学机理的潮流和波浪共同作用下的挟沙能力公式 ,经过黄河口实测资料的验证 ,计算与实测符合良好。     

河口水流、波浪、潮流、泥沙、河床变形二维数学模型

根据河口“波浪掀沙，潮流输沙”的泥沙运动机制，引入“波浪幅射应力”反应波浪对水体和泥沙的驱动力．考虑波浪对底部泥沙作用力、波浪对水流挟沙能力的影响及风场对水流和泥沙运动的影响．同时考虑泥沙粒径大小、水体含盐度、含沙量及水流紊动程度等因素对絮凝沉速的影响．用ＡＤＩ算法求解沿水深平均方程，破开算子法解悬移质不平衡输沙方程及河床变形方程，引入通度概念处理岸滩不规则边界，建立河口水流、波浪、潮流、泥沙、河床变形二维数学模型．通过实测资料及卫星摇感图像对所建数学模型进行检验，表明它可以较好地预测河口泥沙的运动     

风生破碎波统计特性的实验研究

文中介绍了风波槽内地于风生破碎波统计特性的实验测量结果，测量的关键是根据如下的事实，单点波高测量时通过Ｈｉｌｂｅｒｔ变换可以提供丰富的波参数信息，考察的破碎波统计特性包括：破碎相位角，破碎波的时间尺度和水平长度尺度，破碎频率与等风速的关系，本实验结果表明，这项技术是可行而有效的，所获实验结果与前人在更大的设备上结合符合，这也表明这些统计特性对于吹程并不敏感。     

利用海洋动力减缓黄河口淤积延伸速率的研究

利用黄河口平面二维波流输沙数学模型、实测资料等,计算、分析了渤海流速、波流挟沙能力、黄河三角洲滨海区冲淤和粒径的变化。结果表明:①黄河三角洲浅水区的波流挟沙能力大于深水区的;②波流海洋动力能把浅水区较细的泥沙输送到渤海深海,而不能把此区较粗的泥沙输送到深海,深水区泥沙无论粗细,很难再被海洋动力带向渤海深海;③黄河单一流路入海方式易造成更多细泥沙淤积在深水区,不利于减缓黄河口淤泥延伸速率;④减缓黄河口淤积延伸速率的新思路是利用多流路把黄河泥沙相对均匀地输送到滨海区的浅水区,以充分利用海洋动力把较细的泥沙输送到渤海深海,同时结合三角洲社会、经济、生态等需求合理处理粗沙。     

ENE向大风对黄骅港海域三维流场影响的模拟分析

使用DELF3D-FLOW模型模拟了ENE向8级大风作用下黄骅港海域的三维潮流场,并和无风作用时的潮流场进行比较分析。结果表明：大风作用时黄骅港近海海域出现明显的增水现象;大风对黄骅港行道附近涨潮流的增大作用并不明显,而对落潮流的减小作用很显著,潮流动力失衡可能导致黄骅港近岸泥沙含量较高;沿堤流及沿岸流作用加强。这些现象的综合作用,可能是港口及航道产生骤淤的原因。     

波流耦合作用下紊流边界层水沙数学模型

在河口地区,波流相互作用下紊流边界层的泥沙起动输移规律非常复杂,深入探讨其泥沙运动规律很有必要。该文基于波浪边界层的控制方程,引入了时均水流压力,通过波流相互作用下的摩阻流速反映波浪与水流的夹角,用标准k-ε模型封闭方程,建立了波流叠加的紊流边界层内的弱耦合水流模型,分别讨论了波浪速度振幅、时均流速等的分布情况,与实测数据对比得到了较好的模拟结果。其次,基于水流模型建立了泥沙模型,采用对称振荡流和波流相互作用两种情况下的泥沙实测数据验证了泥沙模型的正确性,讨论了不同分布规律的涡黏系数对于模型的影响,为实际工程提供理论参考,结果具有一定的指导意义。