伶仃洋河口环流特征及其动力机制分析

基于FVCOM模型,该文建立了珠江河口三维水动力数值模式,模式覆盖了上游三角洲河网区域、八大口门区域以及伶仃洋等近岸海域。该模式的水位、流速和流向验证结果表明模式能较为准确地反映伶仃洋的潮汐潮流变化过程。对珠江河口枯季水动力特性进行了数值模拟,并基于模拟结果分析了伶仃洋余流的时空变化特征及动力成因。结果表明,伶仃洋深槽中存在表层余流向海、底层余流向陆的河口环流特征,且河口环流特征随大小潮发生明显变化:小潮期间河口环流特征较为明显,小潮后的中潮期间最为显著,大潮时河口环流特征减弱,大潮后的中潮期间表底层余流几乎均为向海,河口环流特征趋于消失。这种纵向上的余流变化特征主要是与河口斜压作用有关。此外受东北风作用,伶仃洋横向上存在一个表层余流向西,底层余流向东的横向风生环流。     

分流对弯道水流水力特性的影响

采用平底有机玻璃水槽进行概化模型试验,分析了弯道及取水口附近三维水力特性,对弯道自由水面形态、纵向流速分布、横向环流强度的变化规律进行了研究,同时重点分析了设置取水口后,分流对弯道水流流态的影响,结果表明：分流使弯道水流水面形态发生改变,最终导致弯道断面出现横向环流,弯道取水口口门下游段凸岸侧存在明显的回流区;在取水口上游河段,主流线在弯道中轴线附近摆动,并逐渐向取水口中轴线靠拢,纵向流速总体变化为表层最大、底层最小。     

泥沙来源减少后长江口最大浑浊带变化研究

河口最大浑浊带常位于入海河口的盐水与淡水交汇处,含沙量显著高于其上游和下游,最大浑浊带在河口地貌发育、三角洲演变过程中具有重要意义。近几十年来随着长江口入海泥沙持续减少,河口最大浑浊带也产生相应变化。基于长江口最大浑浊带水文调查及历史资料,研究泥沙来源持续减少所导致的长江口最大浑浊带含沙量变化特征及影响机制。结果表明：流域来沙持续减少是河口最大浑浊带含沙量下降的主导因素;河口最大浑浊带含沙量下降滞后于流域来沙减少;最大浑浊带表层含沙量减少幅度高于底层含沙量;泥沙再悬浮过程和河口纵向环流有利于稳定最大浑浊带底部的高含沙量,从而延缓河口最大浑浊带含沙量的减少趋势。     

长江口北槽最大浑浊带泥沙过程

利用长江口北槽口内和口外大潮和小潮的流速、盐度和含沙量资料，对北槽最大浑浊带水动力、泥沙过程及成因机制进行了分析和研究。此外，还利用一维悬沙数学模型对北槽的悬沙过程进行了模拟。研究结果表明：在北槽口内，最大浑浊带形成的主要动力过程是潮汐的不对称性和河口重力环流。在北槽口外，最大浑浊带形成的主要动力过程则是河口底部泥沙的周期性再悬浮。在长江口北槽口内、口外最大浑浊带中，细颗粒泥沙的再悬浮过程也存在着     

黄河口孤东及新滩海域流场调查分析

根据黄河口孤东海堤及新滩海域流场调查实测资料，分析了孤东海堤及新滩海域水文泥沙因子和流场特征及流场与现黄河口海域岸线蚀退的关系。结果表明：黄河口孤东海堤及新滩海域的潮流主要是往复流、不规则半日潮流、沿岸流，潮流椭圆的旋转方向为逆时针；南向流为涨潮流．北向流为落潮流，涨潮流底层流速小于表层流速，落潮流底层流速大于表层流速；余流有定向输送泥沙的特点，对泥沙长距离搬运的作用非常明显，并且余流流速一般为5～6cm／s，余流的方向以北方向为主；海岸区域主要受风浪掀沙、潮流输沙作用，河口泥沙输送于外海，很少扩散到近海岸，海岸处于蚀退状态。     

三维水动力泥沙输移模型及其在珠江口的应用

为研究河口的泥沙输移规律和最大浑浊带与盐水入侵、咸淡水混合等的关系，本文提出了具有二阶精度、建立在9结点有限单元上的三维水动力及泥沙输移模型，该模型考虑了由水平密度梯度引起的斜压项、引用2．5阶Mellor-Yamada紊流模型耦合计算水流的涡动黏滞性系数与物质的紊动扩散系数。本模型采用破开算子法求解控制方程：用欧拉-拉格朗日法求解水平对流项；用有限元法求解水平扩散项；有限差分法求解垂向扩散项。模型应用于模拟珠江口的泥沙运动，计算域包括整个河口的八大口门，用1998年7月的洪季大潮实测资料进行了潮位、流速及流向、盐度及含沙量等的验证，模型计算结果与实测结果吻合良好。在模型验证的基础上，文中简要讨论了珠江河口的泥沙输移、盐水入侵及最大浑浊带等物理现象。     

常曲率U型弯道水流结构与泥沙冲淤试验研究

通过在常曲率U型弯道水槽试验中采集的流速和水深过程数据,研究了弯道内水流结构及泥沙冲淤形态,分析了水流与床面之间的相互影响。试验发现:(1)弯道水流结构水面线发生扭曲,水流动力轴线及三个方向的垂线平均流速随流程和横向分布均有变化;(2)由于弯道特有的几何特征,使弯道中水流产生特有的弯道环流运动,弯道环流运动引起弯道泥沙的横向输移,形成弯道凹岸冲刷、凸岸淤积的冲淤特性,反之,床面形态的变化也使水流结构发生改变。研究所得结果可为河流泥沙研究提供参考。     

新疆人工弯道式引水枢纽的设计与运行

新疆河流多系山溪性多沙内陆河,其特点是河床纵坡陡,洪枯流量变化大,含沙量大,推移质泥沙占年总输沙量的20%左右.为了解决引水与排沙的矛盾,采用人工弯道式引水枢纽,使其产生横向环流,因而上层清水主流靠近凹岸的进水闸,底层水挟带了泥沙和推移质向凸岸移动,最后从排沙闸排出.实践证明:这种正面引水,侧面排沙的人工弯道式引水枢纽的设计适合新疆河流特点.     

护岸工程设计中的几个名词解释

在重点江河的护岸工程设计中，经常出现一般水利工程设计较少遇到的专业技术用语，如何理解和正确使用这些专业名词对做好护岸工程设计非常必要。弯道环流弯道水流内部的旋转运动，在横断面上的投影星环形，在主流叠加在一起呈螺旋式前进运动。弯道中可能只有一个大的环流，也可能有大小不同的几个环流，弯道环流是弯道水流的主要特征，它是引起泥沙横向搬运的主要动力，是促使弯道凹岸冲刷和凸岸淤积变形的主要原因。冲刷由于水流冲击，引起河、渠等土壤被剥蚀的现象。冲刷来的泥沙，被水流带动很易在其他地点造成淤积。切滩河道主流偏离弯…     

基于CCHE模型的石门子渠首弯道水沙数值模拟

采用CCHE 2D软件中的k-ε闭合紊流模型,对大西沟石门子渠首人工弯道段进行二维水沙数值模拟研究,得到弯道水位横比降、典型断面泥沙冲淤形态、泥沙的横向输移现象以及泥沙冲淤后的河床变形,并将断面泥沙冲淤形态与物理模型试验数据进行对比,二者吻合较好,并且符合弯道凹岸冲刷,凸岸淤积的机理。通过对比分析可知,CCHE2D软件在用于模拟弯道水沙运动时,可充分展现弯道环流作用下的泥沙冲淤效果,但对于横断面环流作用下的流速矢量分布及水沙变化过程还需借助三维软件。     

流凌条件下弯道水力特性数值模拟

采用VOF技术,利用RNG k-ε湍流模型,结合拉格朗日粒子模型,通过建立弯曲度不同的弯道,对流凌条件下弯道的水力特性进行了模拟研究.结果表明:流凌过弯后主要集中在凹岸,集聚明显;流凌的存在增大了凹岸表层水流的横向环流,在一定程度上影响凸岸底部大环流的发展;各弯道进口断面最大水面流速均大于出口;随弯曲度的增大,冰水流凹...     

长江口北槽中段枯季输盐输沙特征研究

基于2012年4月15日至23日在长江口北槽中段获得的枯季水文泥沙定点观测资料,运用通量机制分解法探讨了测点处从小潮到大潮连续16个潮周期的输盐输沙特征。结果表明,从小潮到大潮,测点处向海输盐中,欧拉余流输移项贡献最大;向陆输盐中,小潮时以"潮泵效应"输移项为主,中潮和大潮以斯托克斯漂移输移项为主,垂向净环流输移项次之。在向海输沙中,欧拉余流输移项贡献最大;在向陆输沙中,以斯托克斯漂移输移项为主,垂向净环流输移项次之。由于盐水楔的出现,北槽存在重力环流,这对北槽泥沙输运过程具有重要影响。小潮时水体垂向混合弱于大潮,盐水楔主要出现在近底部水层,这是导致垂向净环流输沙项对向陆输沙的贡献率从小潮向大潮不断减小的一个重要原因。     

磨刀门日潮平均盐度变化及驱动力分析

基于日潮平均的盐量输运方程,利用变量分离的方法分析实测资料,对磨刀门河口大小潮变化过程中引起日潮平均盐通量变化的驱动力进行了研究。结果显示磨刀门日潮平均盐度变化主要由平流输运和重力环流输运驱动,说明磨刀门河口是一个非稳态河口。大小潮变化过程中,从大潮转小潮的中潮阶段到下一个周期小潮转大潮的中潮阶段,重力环流作用大于平流输运作用,盐量在河口持续增加,各站点盐度持续增大;在小潮转大潮的中潮阶段到大潮转小潮的中潮阶段,平流输运作用大于重力环流作用,盐量在河口持续减少。咸潮上溯过程中,下游站点的纵向盐度梯度先于上游增大,也先于上游减小,上游站点盐度从增大变为减小的时间比下游站点有所滞后。     

长江口浑浊带北槽悬沙输运研究

2012年8月和2014年7月在长江口北槽浑浊带进行了大小潮水文泥沙定点连续观测,分析了水沙分布特征,计算了悬沙输运量,并且运用机制分解法,分析各输沙项的作用。结果表明,北槽浑浊带垂向平均含沙量空间分布差异明显,北槽下部最高,中部次之,上部最低。垂向平均含沙量大小潮均值北槽下部为0.72 kg/m~3,中部为0.51 kg/m~3,上部为0.23 kg/m~3;平流输沙在大小潮均起主要作用,大潮平流输沙显著强于小潮。北槽下部小潮期间垂向净环流输沙作用显著,占净输沙的-278.3%;小潮期间,北槽中部和上部平流输沙起主要作用,底层悬沙输运向海。而北槽下部底层悬沙输运受"潮泵效应"影响显著,方向向陆。悬沙输运方式的差异导致小潮期间北槽中下部底层悬沙不能下泄入海。     

弯曲度对弯道水流结构影响的三维数值模拟研究

为了研究天然河道中不同弯曲度（弯道转角）河段的水流结构和演化规律,对同一曲率半径、同 一水深、同一渠宽以及同一边界条件下的弯曲度分别为30°、60°、90°、120°、150°、180°的6种明渠弯道（弯 道断面为矩形）进行弯道水流三维数值模拟。研究结果表明:在相同边界条件下,弯道弯曲度越大,弯道 中弯顶处的水面横比降也随之增大;在靠近凹岸侧,横纵向流速随弯曲度增大而减小;在靠近凸岸侧,横 纵向流速随弯曲度增大而增大;随着弯道弯曲度的增大,横向环流强度也不断增强,横向环流涡心位置 也逐渐向凸岸侧移动。     

黄河什四份子弯道冰下环流特性研究

为分析弯道冰下水流结构与环流分布特征，利用声学多普勒流速剖面仪(ADCP)对什四份子弯道的冰下流场进行了测量，通过测量弯道的冰厚、水深、流速，分析了弯道断面冰情与冰下环流分布情况。结果表明：弯道冰下水流并不完全呈现双螺旋结构，冰封期环流集中在弯顶凹岸侧和弯顶后凸岸侧，易产生在相邻冰塞之间或是冰塞与河岸之间；环流区域环流旋度沿水深线性增大，非环流区域环流旋度则线性减小，同一位置的不同流层环流旋度大小分布基本一致，弯道后半段大于前半段，弯顶前凹岸侧大于凸岸侧，最大环流旋度位于弯顶凹岸侧，约为0.91。     

饮马河流域河道积沙量的估算方法

根据弯道环流水沙分流原理，论证了河道凹岸坍塌后，泥沙横向交换淤积在凸岸，并用几何法估算出凸岸积沙量。同时运用输沙率法和断面法对河段内悬移质、推移质泥沙的冲淤量进行了估算。这些估算方法的提出，为有计划地开采河沙资源，合理收费，提供了可靠的依据。该估算方法自１９８０年８月先后在饮马河流域九台辖区２０余处沙场试用，都取得可喜成效，与以往估算方法相比，精度明显提高。     

长江河口北槽近期盐淡水混合与悬沙输运研究

基于2013年枯季大潮期间在长江口北槽河道现场定点观测数据(包括潮流、悬沙浓度、盐度),通过对盐水入侵影响水流结构及泥沙运动过程的分析,对北槽河道盐淡水混合与悬沙输运进行了研究。结果表明:观测期间,北槽河道纵向及垂向受不同程度的盐度梯度影响,涨落潮过程中垂线流速不再保持无潮河流的分布规律,河口水流结构发生改变,促使出现上层水流向海、下层水流向陆的河口环流。在多重因素作用下,特别是环流阻碍了河流泥沙的正常下泄,并有利于底层泥沙上溯,出现上层输沙向海、下层输沙向陆的现象。各段河道中,垂向净环流项均向陆输沙,但向海的平流输沙及潮泵输沙作用更强,所以观测期间悬沙表现均为向海净输移。     

温州瓯飞浅滩海域悬沙输运特征及其来源探讨

基于2011年温州市瓯飞浅滩海域冬、夏季大、小潮共4次大面同步海流和悬沙观测资料,利用统计和物质长期输运机制分解方法,初步分析研究海域悬沙时空分布和水体、悬沙三维输运特征.结果表明,海域悬沙浓度平面上呈现近岸高、外海低,高浓度区出现于河口,浅滩外沿存在相对低值区的分布格局;垂向分布受复杂水动力(包括波浪、潮流、径流和沿岸流等)影响具有准直线型、抛物线型以及混合型分布等多种分布形态,且底层悬沙浓度与流速变化趋势具有虽同步但存在一定滞后的特性.水体与悬沙长期输运受径流、风生表层流、闽浙沿岸流等多种作用影响,存在明显季节变化和区域特征;其中河口站因径流作用表层输运强度大于其它区域,中底层泥沙由于波流共同作用影响、河口区显著的潮泵效应使得冬、夏季输运特征迥异;浅滩站表层水沙输运主要受风生表层流影响,中、底层的悬沙因潮致余流作用多指向岸线,外海受闽浙沿岸流的影响加强,垂向上输运强度差异减小.浅滩海域泥沙的主要来源为海域来沙(浙江沿岸流输沙和外海沉积水下沙洲的再搬运)和瓯江、飞云江的河流陆域输沙.     

小宽深比U型弯道环流试验研究

采用多普勒超声测速仪(ADV),对小宽深比的U型弯道沿程断面上各不同垂线位置上的点进行了三维流速测量,并基于所测数据分析了主流线位置、横向流速沿垂线分布、环流结构以及环流强度等水力特性。研究结果表明:在60°断面后,水流的表层与底层主流线开始分离,形成复杂螺旋结构。水流进入弯道后,沿程各断面均形成一逆时针主环流,并且从75°断面开始,凹岸表层又出现与主环流方向相反的次生环流;环流强度最大值位置出现在弯道弯曲度1/3处附近。研究结果为进一步深入研究弯道水流紊动特性和泥沙运动提供了有效参考。