基于定点连续观测的钱塘江涌潮特性研究

本文基于天文大潮期间钱塘江涌潮河段定点连续实测的最新资料,对钱塘江涌潮的潮位、潮流、盐度和浊度等特性参数进行分析研究。潮位、平均流速、垂向分层流速和盐度、浊度变化数据表明:涨落潮期间该河段的潮位呈双峰变化过程,涌潮抵达时水位骤然升高,之后下降,约40.0 min后,水位再次开始升高至高潮位,涌潮到达约3.5 h之后逐渐变为憩流;涌潮Fr为1.10,涌潮形态呈现为波状涌潮且水波较弱。涌潮到达瞬间,流场整体发生转向,流速大于涌潮前流速,且底层流速增大幅度大于表、中层,流速分层不明显。盐度在涌潮到达后约40.0 min后开始明显增大,与流速的改变相比存在一定的滞后,主要因为潮流入侵引起盐度增加。底层浊度随涌潮的到达而同步升高,主要是涌潮导致流场剧烈变化,引起床面冲刷和大量细颗粒泥沙悬浮;之后,浊度随涨潮流减弱而逐渐减小,憩流时达到最小,而后随着流速转向及退潮流增大而再次增大。该研究为钱塘江涌潮特性分析和钱塘江取水及岸滩冲淤防护等工程提供了科学依据。     

涌潮的水槽模拟及验证

在涌潮玻璃水槽中，通过调节水槽两端变频器的频率控制潮前水深的稳定，使水体具有一定的潮前落潮流速，并以此为工况，增加下游变频器不同的运行频率模拟各种强度的涌潮，测试涌潮的传播速度、涌潮高度、流速垂向分布等水动力学特征参数，捕捉涌潮形态.在此基础上，选用2010年10月钱塘江河口盐官河段的现场实测资料对试验结果进行比较分析，结果表明涌潮水槽试验结果与盐官河段实地观测资料匹配良好.这说明涌潮玻璃水槽物理模型能成功模拟涌潮，适用于涌潮的测试研究.     

钱塘江二维涌潮数值模拟及其应用

分析了涌潮数值模拟的困难,综述了钱塘江涌潮数值模拟的进展,应用有限体积-KFVS格式建立了钱塘江二维涌潮数值模型.模型在验证计算的基础上,预测了杭州湾规划设想方案、治江围涂工程和桥梁工程等对涌潮的影响,并已推广到溃坝波和海啸传播过程的数值模拟.结果表明,涌潮数值模型分辨率高,计算稳定,守恒性好.该模型不但适用于无涌潮水域的模拟,也适用于传统数值模型不能模拟的涌潮等间断流的模拟.     

钱塘江涌潮对风场响应的三维数值研究

台风作用下钱塘江涌潮观赏性强,破坏力大。结合台风期实测潮汐资料分析,基于三维数学模型研究了顺风和逆风条件下恒定风况对钱塘江涌潮水流的影响,得到了不同风况对涌潮高度、流速、传播速度和涌潮潮景的影响程度。顺风作用导致涌潮高度、流速和传播速度均增大,风速愈大,增加幅度愈大,涌潮流速沿水深分布愈不均匀。在顺风30 m/s风况下,盐官涌潮高度增加5%,涌潮流速增大33%,涌潮传播速度加快37%;顺风作用下,老盐仓回头潮更强,回头潮水位更高,反映了台风期间老盐仓经常出现回头潮翻越海堤堤顶的情况。逆风作用与顺风作用相反。计算结果与实际情况在定性上一致。     

钱塘江九溪涌潮重塑在工程实践中的探索研究

为保护钱塘江涌潮景观、减小涌潮危害,重塑钱塘江九溪涌潮,变潮害为潮景,使涌潮可赏、可控、安全。应用KFVS格式建立二维涌潮数学模型,在实测水文资料验证的基础上,计算优化方案实施前后的流场及涌潮传播特性,从构筑物近区涌潮高度、涌高明显的岸线长度和涌高明显的区域面积等3个指标综合评判涌潮重塑效果。通过物理模型试验,模拟涌潮的形成与传播过程,分析比较各方案实施前后工程区域附近涌潮传播过程的壅高、越堤等变化情况,进一步验证了重塑效果。研究结果表明,通过优化工程布局,采取工程措施,钱塘江九溪涌潮重塑具有可行性,既能保留九溪涌潮特性,又能实现安全观潮。     

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。     

浅谈强涌潮围垦地区的抛石丁坝施工

钱塘江涌潮最强的区域,河床较低、紧临深江,需要在强涌潮顶冲地段进行深水促淤,客观上存在着抛坝难、保坝难、保障难、合龙难等诸多实际困难。萧围东线治江围涂一期工程结合围垦围海造田的施工特点,利用水动力学原理及大小潮汛的特点抛筑丁坝,采取船抛护底等工艺、工法,减少了丁坝抛筑断面方量,大大节省了施工成本。     

建桥对钱塘江涌潮高度影响的试验研究

采用潮浪水槽和定床模型进行建桥对钱塘江涌潮高度影响的试验,结果表明涌潮高度的减小幅度与桥墩的阻水率成正比,因此为了保护涌潮的景观,在满足桥梁结构强度和安全的前提下,应尽量减小桥墩的阻水率.     

钱塘江鱼鳞石塘涌潮作用力动态测试与分析

动态测试了钱塘江北岸海宁段鱼鳞石塘在涌潮作用过程中受到的作用力,初步探索了涌潮与鱼鳞石塘相互作用的特性,得到了鱼鳞石塘迎潮面条石所受作用力随时间和空间的分布特征.在分析涌潮入射方向和潮头高度影响涌潮压力的同时,还观测并初步分析了台风与大潮共同作用时的涌潮压力.分析表明,涌潮冲击对鱼鳞石塘迎潮面结构物具有一定破坏作用.此次分析研究结果可为保护设计钱塘江临江一线古海塘提供可靠的参考依据.     

潮汐河口河床调整对水沙条件的响应探讨

以钱塘江资料为基础，分析了河口挟沙水流的复杂冲淤行为和河横断面形态对动力作用的复杂响应，表明河床高速存在临界的动力条件，继而探讨了潮汐河口的河相关系，为工程建设提供了参考。     

考虑涌潮作用的钱塘江二维泥沙输移数值模拟

钱塘江涌潮前后水位、流速和含沙量等物理量存在突变,给数值模拟带来了很大的困难,常规的数值模型往往不能准确模拟涌潮作用下的泥沙输移。在已建立的二维涌潮数值模型的基础上,应用基于准确Riemann解的Godunov格式建立了二维泥沙数值模型,模型首先检验了纯对流问题,然后模拟了钱塘江涌潮作用下的泥沙输移,计算结果反映了涌潮到达时刻含沙量的突变过程以及涌潮对泥沙输移的影响,揭示了钱塘江河口高含沙区的成因,以及涌潮是钱塘江河口大冲大淤的机理之一。     

强涌潮河口河相关系及其验证

分析并提出了有涌潮的强潮河口的河相关系式,其平均水位下的断面面积可用落潮时的流量(含径流量)和含沙量计算,结果较符合实际情况,但强涌潮河口河宽大、水深浅,仅采用涌潮系数仍有一定的误差,如改用涨潮流量和含沙量,则可大幅减小计算误差.本文还给出了潮汐河口纵向河宽放宽率和面积放大率的定义和计算公式.利用钱塘江河口治理前后50年的实测资料,对130 km长河段的相应断面特征、河宽放宽率、面积放大率以及弯道特征计算式进行了验证,取得了满意的验证结果.     

钱塘江嘉绍大桥设计涨潮流速计算

嘉绍大桥河段潮大流急，是涌潮发展、壮大的河段，设计流速预测准确与否关系到桥梁工程施工和运行的安全，应用数学模型来预测设计流速是有效途径之一。应用基于Boltzmann方程的KFVS（Kinetic Flux Vector Spiting）格式，采用WLTF（Water Levelbottom Topograph Formulation）方法和特殊的底坡源项处理技术，实现了计算格式的“和谐”。模型在钱塘江涌潮验证的基础上，求得0．33％设计潮差频率条件下的桥位断面设计涨潮流速为7．83m／s，为桥梁设计提供了重要参数。     

杭州湾天文潮长周期变化对涌潮的影响

基于长系列实测潮汐资料和调和分析方法,分析了涌潮起潮点下游杭州湾实测潮汐和天文潮长周期变化,进而分析了天文潮变化对钱塘江涌潮的影响。结果表明：乍浦站实测潮汐每年八月初三和八月十八同日同潮实测潮差、潮到时间和涨潮历时变化幅度很大,最大变幅分别为1.95 m、102 min和122 min;乍浦站天文潮每年八月初三和八月十八同日同潮潮差、潮到时间和涨潮历时最大变幅分别为1.52 m、93 min和46 min。天文潮变化对涌潮影响很大,盐官站同日同潮涌潮高度最大相差1.12 m,涌潮到达时间最大相差93 min,涌潮流速最大相差2.05 m/s,涌潮陡度最大相差18.1%。     

钱塘江河口盐水入侵影响因素及数值预报

为预报钱塘江河口取水口水体氯度,应用基于Godunov格式的有限体积法建立了考虑涌潮作用的二维氯度预报数值模型,采用实测资料并结合数值模型计算成果,分析了径流、潮汐及涌潮、江道地形等主要因素对钱塘江河口盐水入侵的影响。研究结果表明,江道地形是通过改变潮汐大小间接影响盐水入侵的,江道容积越大,潮差和进潮量越大,导致盐水入侵越严重;涌潮促使盐水入侵加剧,涌潮前后氯度存在突变。模型在钱塘江河口氯度预报中的应用结果表明,模型计算结果与实测值基本吻合,模型具有较大的预报应用价值。     

Effect of dike line adjustment on the tidal bore in the Qiantang Estuary,China

In this paper,the effect of the dike line adjustment on the Qiantang Tidal Bore(QTB)is studied by physcial experiments.A lab-scale physical model of the Qiantang Estuary is built and the tidal bore is generated.With this model,the formation and pro-pagation processes of the tidal bore are simulated with or without the dike line adjustment.It is shown that the adjusted dike line changes the direction of the reflected tidal bore.The height of the tidal bore increases in the upstream region where the dike line is contracted.In the tested bent and forking regimes,the bore height at the upstream station is increased by 0.10 m and 0.04 m,respectively.Furthermore,the crossing bore still exists near the Daquekou station and the location slightly moves by about 3 km to the downstream region.     

钱塘江南岸上虞拟建港区潮流泥沙数模研究

钱塘江航运的发展一直受到深槽线平面摆动、纵向庞大的沙坎浅水区和涌潮3个因素的制约, 上虞港区建港条件也取决于上述因素.建立了大范围的潮流泥沙数值模型,在对模型进行多次验证的基础上,数值模拟了拟建上虞港区的潮流场、泥沙场,并对港区的潮流、泥沙场进行了分析,预测了钱塘江河口规划堤线方案实施后港区潮流、泥沙场的变化,为上虞港的规划和预可方案研究提供了技术依据.     

曹娥江大闸工程建设关键技术研究与实践

曹娥江大闸枢纽工程地处钱塘江河口,建闸面临闸下淤积、强涌潮、海水侵蚀,软土地基沉降等一系列关键技术问题。本文从如何开展科技创新工作,解决上述问题进行了探索,旨在为强涌潮、多泥沙河口建闸提供借鉴。     

天然河道水流紊动特性分析

本文采用超声多普勒三向流速仪对不同流量级的条件下长江干流黄陵庙水文观测断面不同垂线的脉动流速进行了观测。根据现场观测资料，对水流的紊动周期、频率、概率密度函数等进行了定量的数学描述，并对时均流速、紊动强度、雷诺应力等沿垂线的分布规律进行了分析计算。结果表明，脉动流速的概率分布在充分发展的自由紊流区近似为正态分布，在近壁强剪切紊流区为偏态分布；各垂线紊动强度在相对水深大于0．4的范围内比较均匀，在接近河底处升高，达到最大值后迅速减小，至河底为零。     

三角形网格下求解二维浅水方程的KFVS格式

以Boltzmann方程为基础，建立了求解二维浅水方程的KFVS(Kinetic Flux Vector Splitting)格式。为保证计算格式的和谐性，通量计算中考虑了底坡源项的作用。在此基础上，采用特殊的底坡源项处理技术，建立了三角形网格下二阶精度的KFVS和谐格式。经典型算例和钱塘江涌潮计算验证，证明本文提出的方法分辨率高，边界适应性强，并具有模拟间断流动的能力。