珠江磨刀门河口洪季悬沙与沉积物颗粒度分布及交换过程

基于洪季磨刀门河口实测水沙观测资料和河床表层沉积物数据,通过对不同区域不同时刻悬沙浓度和粒度、沉积物粒径组成分析,运用因子分析和粒度谱等统计计算方法,重点研究近期洪季磨刀门河口及滨海水域悬沙与河床沙交换过程及其动力机制。结果表明:磨刀门河口拦门沙内河道及汊道口区域的动力以径流为主的涨落潮流流系,悬沙与河床沙交换过程较弱;拦门沙浅滩区域泥沙运动表现为"波浪掀沙,潮流输沙"特性,再悬浮泥沙平均量占实测悬沙浓度的32%;拦门沙外滨海水域悬沙组成受径流与潮汐相对强度影响显著,构成上大潮时以再悬浮泥沙为主,小潮时则以径流下泄悬沙沉积为主,而悬沙输运方向受到东南向波浪和沿岸流控制。     

兴化湾潮汐潮流特性及工程影响分析

福建省兴化湾内大量围填、疏浚工程建设直接影响湾内水动力环境。依据2009年2月水文观测资料,对实测资料进行分析,并利用潮汐调和分析、潮流准调和分析、潮流数值模拟等方法得到了兴化湾海区的潮汐、潮流特性以及湾内工程前后的潮位、潮流场和余流场特征。分析研究表明,兴化湾潮汐属于正规半日潮,浅水效应较弱;潮流为不正规半日潮流,浅海分潮作用较强;湾内潮波逐渐有驻波特征,形成湾内潮波的两股潮流流向稳定,呈往复流,其中兴化水道潮流涨潮占优,南日水道潮流落潮占优;工程实施后,基于调和常数的2013年7月潮位预报与实测潮位吻合较好,同时潮汐潮流性质不变,在港池、航道水域流速有所增加;兴化、南日两水道涨、落潮通量均减小,全湾纳潮量有所减少;湾内余流场整体不变,口门处涡漩有所加强。     

长江口南槽河道水沙特性及河床沙再悬浮研究

为研究河口地区泥沙在陆海动力共同作用下的再悬浮过程和机制,基于长江口南槽河道连续8 d的水文泥沙同步观测数据,对拦门沙河道潮流速、悬沙浓度、悬沙粒径随时间变化和河床沉积物再悬浮进行了分析研究。结果表明:涨、落潮的水动力和历时存在不对称性;水体悬沙浓度随小潮到大潮的变化而逐渐增加;水体悬沙粒径也随小潮至大潮的变化而不断粗化,但细砂含量略有增加,致使细砂类出现再悬浮现象;一个潮周期内,出现3次悬沙浓度峰值;水体悬沙浓度以及悬沙粒径的变化与流速及底床切应力都有着显著相关性。     

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.     

基于EFDC的九龙江口-厦门湾三维潮流及盐度数值模拟研究

环境流体动力学模型(EFDC)集水动力模块、泥沙输运模块、污染物运移模块和水质预测模块于一体,可以用于河流、湖泊、水库、湿地和近岸海域一维、二维和三维物理和化学过程的模拟。为了研究岛屿多、岸线地形及流态复杂的九龙江口-厦门湾水动力过程,该文将EFDC模型运用于该水域三维潮流及盐度场的数值模拟,对比实测资料校核了模型参数,利用实测潮位、流速和盐度数据对模拟结果进行了充分的验证,吻合度高。该水域属于规则半日潮类型,平均涨、落潮历时约6 h;潮流以往复流运动为主,表层流速最大可达2 m/s;低平潮前后出现面积合计约74 km2的多处露滩;发现河口区分层及不同类型的盐度锋现象均在低潮后1 h时最显著。结果表明,该模式成功复演了九龙江口-厦门湾潮汐潮流和盐度场的时空变化过程,适用于模拟和分析河口及近海海域的水动力场。     

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     

长江口深水航道回淤强度与潮汐动力相关性分析

长江口12.5 m深水航道的回淤监测资料表明,航道回淤强度大小和潮汐动力强弱存在较好的负相关关系,即大潮-中潮-小潮过程(动力减弱期),北槽实测回淤强度大;而小潮-中潮-大潮过程(动力增强期),北槽回淤强度则变小,目前的疏浚工程仅考虑大通流量的影响而忽略了外海潮汐的贡献,疏浚强度的安排明显与回淤强度不匹配。根据疏浚强度、回淤强度、潮汐动力间的相关关系来看,未来可深入研究长江口北槽深水航道潮汐动力过程和疏浚安排对回淤强度的影响,探索"疏浚-回淤"与"大通流量-外海潮汐"间的制衡关系,以及该关系对航道的宏观、微观冲淤环境的影响,这样才有利于寻找出一套较为合理的疏浚力量配置管理原则,有利于最大限度地提高疏浚效率,为长江口深水航道疏浚资源的优化配置及航道减淤提供新的思考空间。     

黄骅港外航道整治工程对风暴潮流下泥沙输运的影响

2003年10月黄骅港海区的一次强寒潮风暴潮造成了港口和外航道泥沙淤积严重,为减少外航道淤积保证外航道正常通航,2004年5月开始实施外航道整治工程。本文建立了黄骅港海域二维水动力和泥沙输运数学模型,模拟在ENE向8级大风作用下整治工程前后风暴增水引起的潮流动力和含沙量变化过程。分析表明:大风作用使黄骅港海区潮流动力失衡,涨落潮输沙不等,同时沿堤流及沿岸流作用加强;整治工程后涨落潮过程中水体交换大幅减少,防波堤的阻水效应增强,阻碍了两侧区域的悬沙输运,近岸区域悬沙浓度相比一期工程有了明显的降低。     

基于Landsat的黄河口近海悬沙年际分布规律研究

黄河口悬沙分布规律研究是关系河口海岸地貌演变、水体水生态研究的重要课题。通过实测资料,发现大部分泥沙在10m水深节点近岸侧落淤,且相同量级的泥沙浓度沿莱州湾西岸带呈弧形分布。利用泥沙反演模型,结合来水来沙、潮汐潮流资料,得出以2000年为界,口门沙嘴前方悬沙浓度呈明显减小趋势。强径流更容易将泥沙输送至外海海域,汛期发生的出汊摆动直接影响着悬沙的扩散运移方向。研究成果可为河口海岸地貌演变、水体水生态研究提供资料支撑。     

长江口徐六泾断面近底悬沙测验及影响分析

近底悬沙浓度的确定对于研究床面泥沙的起动和输移具有十分重要的意义。基于双尾翼近底悬沙采样系统,选择徐六泾断面浅滩和深槽,在洪、枯季水文监测期间同步采集了距河床50 cm和10 cm的水样。现场实测资料分析表明：(1)浅滩和深槽含沙量垂向分布规律不同,浅滩泥沙粒径较粗且越靠近河床泥沙越粗,含沙量垂向分布呈“L”形,中上层水体含沙量变化较小,越靠近河床含沙量变化越大;深槽泥沙粒径较细,含沙量垂向分布较为均匀。(2)近底悬沙对浅滩和深槽的测验成果影响程度不同,计入近底悬沙后,浅滩处平均含沙量平均增幅为7.37%,深槽处平均增幅小于1%。(3)近底悬沙对测验成果的影响程度在时间尺度上有差异,计入近底悬沙后,含沙量一般情况下是增大的,但增幅不同,枯季大于洪季,落潮大于涨潮,大潮大于小潮。     

杭州湾沉积物宏观输运的数值模拟

用Delft3D模拟了杭州湾水动力和粘性沉积物输运过程,探讨了沉积物宏观输运和地貌演变的物理机制。忽略波浪作用,假设底质均一,不考虑粘性沉积物的底部固结作用,建立杭州湾粘性沉积物输运的数值模型。计算结果显示,模型能够反映杭州湾沉积物输运的宏观规律,再现了杭州湾悬沙浓度分布"三高两低"的特征、水体和沉积物"北进南出"的输运格局以及杭州湾总体上受控于淤积的地貌演变过程。杭州湾的沉积物输运主要受浅水分潮潮波变形引起的潮汐不对称性控制,该区潮波自东南向西北的传播方向、舟山群岛对涨潮流的阻隔效应、杭州湾喇叭形态的约束作用等因素造成"北进南出"的水沙输运特征。杭州湾与欧洲斯凯尔特河口狭长型的河口的沉积物输运路径有明显差异。     

长江河口南槽近期滩槽水沙输移特性分析

为了深刻认识近期长江河口演变趋势,依据2005,2006年和2010年长江口南槽滩槽洪枯季实测水文泥沙数据,分析了主槽与浅滩的水动力条件及悬沙浓度的时空分布特征。利用机制分解法,研究了河口滩槽间泥沙输移及交换机制。研究结果表明,长江口南槽主要以往复流为主,落潮流速大于涨潮流速。随着水深变浅,水流流速过程线存在差异,使不同区域的水流挟沙能力和输沙过程不同。输沙以平流项输沙通量为主,但潮泵作用在南槽地区泥沙输移中也占有重要地位,形成"主槽出沙、浅水进沙"的输沙模式,促使南汇边滩前缘缓慢淤涨。     

博贺湾海域悬沙输移机制分析

根据博贺湾海域大潮期间的水文泥沙实测资料,采用悬沙通量机制分解法将悬沙净输移通量分解为多个动力项,并分别从平流输沙、潮泵输沙和垂向净环流输沙三方面分析了悬沙输移机制。结果表明:博贺湾海域大潮期间拉格朗日余流基本沿涨潮方向,离岸越远,余流值越大,欧拉余流大小与拉格朗日余流相近,斯托克斯余流接近于零;平流输沙在悬沙净输移中占主导作用,其中欧拉余流输沙作用方向与涨落潮优势流相关;博贺湾海域潮泵效应输沙作用不强,潮泵作用由涨落潮潮流和含沙量在潮周期的不对称性引起;垂向余环流输沙作用很弱,垂向净环流输沙和拉格朗日余流和含沙量的垂向分布有关。     

崇明东滩水文泥沙过程分析

基于2005年9月在崇明东滩采集的现场观测数据,分析了水流和泥沙在潮滩上从光滩到植被区域的不同输运过程。研究结果表明,从光滩到植被带,涨潮和落潮流速逐渐变小,大潮时最大流速由113 cm/s(光滩)减小到8.1 cm/s(植被带);从光滩外侧(靠海)到内侧(靠岸),含沙量逐渐增加,至植被带再减小。潮周期内,流速和水体含沙量变化过程均呈现双峰,峰值出现在涨潮初期和落潮中期,最大含沙量高达7.7kg/m3。测点各潮周期内流速最大值、平均含沙量均与潮汐强弱显著相关。流速增大引起泥沙再悬浮,瞬时含沙量响应流速变化。表层沉积物由光滩外侧(靠海)到内侧逐渐变细,得出泥沙由光滩外侧区域再悬浮,经潮流输移至潮滩内部的泥沙输运模式。分析光滩和植被水沙数据差异表明,植被具有较强的缓流滞沙作用。     

长江口浑浊带近底泥沙浓度变化

基于近底边界层四角架系统观测的水沙过程完整资料,对近底悬浮泥沙浓度的变化及其动力响应关系进行了分析.结果表明:1)近底悬浮泥沙浓度变化过程的特征是多峰性.在一个潮周期内,一般会出现四次明显的悬浮泥沙浓度峰值;2)水体中始终存在一个背景含沙浓度;3)流速的大小并不是决定近底悬浮泥沙浓度大小的唯一决定性因素.潮流加速度、憩流阶段形成的背景泥沙浓度以及床面可供起动的泥沙量同样起重要的作用;4)泥沙浓度变化和动力的响应关系可以归为四类:第一类正响应过程(悬浮泥沙浓度随流速的增大而增大)、第一类负响应过程(悬浮泥沙浓度随流速的增大而减小)、第二类负响应过程(悬浮泥沙浓度随流速的减小而增大)和第二类正响应过程(悬浮泥沙浓度随流速的减小而减小).综合分析紊动扩散作用、泥沙的起动和沉降作用及床面泥沙的供应率,对近底层悬浮泥沙浓度和动力响应变化的四个过程进行了详细的解释.     

兴化湾悬沙输移机理分析

隧道工程所在位置河床的最大冲刷深度是过江隧道方案设计的关键参数之一,合理确定最大冲刷深度能为保证工程安全和减少投资提供重要设计依据。在分析近年来河道演变特点和前人所做研究的基础上,以长江下游仪征水道世业洲河段拟建过江隧道为例,分析工程河段的来水来沙特点,采用二维水流泥沙数学模型对不同水文年条件下河段河床最大冲刷深度进行了研究。在验证模型水流和泥沙冲淤相似的前提下,确定了动床模拟的不利水沙系列为2007—2010年+1998年+300年一遇洪水流量过程,并结合地质勘测资料对模拟结果进行了合理预测。最终确定过江隧道断面河床左汊最大冲深为10.85 m,右汊最大冲深为8.87 m,该结果对拟建过江隧道工程而言偏于安全。     

基于SWAN和ECOMSED模式的大风作用下黄骅港波浪、潮流、泥沙的三维数值模拟

根据黄骅港外航道淤积问题的具体情况,本文采用三维细颗粒泥沙的ECOMSED模式对黄骅港海域的潮流、泥沙进行了模拟。数值计算结果与潮流为主要动力条件的现场实测结果进行了比较,二者吻合较好。在此基础上,本文采用SWAN风浪模型和ECOMSED对黄骅港骤淤进行了数值模拟,并与收集到的现场实测资料进行比较,也得到较好的结果。数值模拟显示,波浪是造成黄骅港外航道泥沙淤积的主要动力因素;在以波浪为主的动力条件下,含沙量在波浪破碎带达到最大,并且沿水深变化梯度较大。破碎带当地的泥沙跨过航道落淤是黄骅港外航道淤积的主要原因,岸边泥沙随落潮流下泻不是黄骅港外航道大风骤淤的主要原因。     

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。