江苏沿海潮流数值模拟与潮流能估算

潮流能是一种海洋可再生能源,具有广阔的应用前景。通过数值模拟方法,对江苏沿海的潮流能分布进行估算。首先建立了江苏沿海平面二维潮流数学模型,并利用多次现场实测资料进行验证;基于数学模型计算结果,分析了江苏沿海的潮流场特征;其次,利用准调和分析方法对15 d潮流模拟结果进行调和分析得到6个分潮调和常数,并继而得到最大可能流速和潮流能流密度;最后,利用估算方法对海区的潮流能进行了估算。研究结果表明,江苏沿海燕尾港以南水域平均潮流能流密度相对较高,其中废黄河口附近海域、苏北辐射沙洲水道区域潮流能最为集中,平均能流密度最大值为700~1 200 W/m2,理论上具有较高的开发与应用价值。     

深圳河潮流特性分析

通过对深圳河几个潮位站2005~2012年潮位资料的统计分析,进行了深圳河感潮河段潮流部分要素的计算,初步分析了深圳河的潮流特性,并结合降雨径流资料,对上游洪水与潮流的叠加影响做了必要的分析。所得结论为河流潮流特性的研究提供参考。     

黄海辐射沙洲形成发育潮流数学模型

本文利用欧拉－拉和朗日观点，提出了一种改进型双步全隐有限差分方法，提高了数值计算精度，并建立了黄海辐射沙洲海域长时间序列潮流数学模型，论文以数学研究手段，应用Ｔ．Ｏｆｆ的潮流沙脊学理论，对辐射沙洲海域潮流运动力特征进行多目标分析和研究，初步示了潮流是形成发育黄海辐射沙洲的主要动力因素，潮能率、潮流流速分布的不同决定了辐射沙洲南北沙脊、深槽平面形态分布的不同。     

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。     

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。     

基于弯道二次流修正模型的大辽河潮流界时空变化模拟

基于ELADI算法的平面二维水环境模型WESC2D,定量研究大辽河潮区界与潮流界的时空变化规律。在模拟和验证大辽河潮位变化过程基础上,通过数值试验系统地模拟分析了上游径流量及汇流比、下游潮差和海平面上升对大辽河潮区界与潮流界的影响规律,并以1999年—2009年水文过程为条件定量研究大辽河潮流界的年、月变化及潮流界位置出现频率。结果表明,径流是影响大辽河潮区界与潮流界位置的主要因素,大辽河潮流界远远超过三岔河。     

陈家坞槽潮流特征及潮流流速垂线分布

陈家坞槽14号站位连续两个潮次的流速资料表明，该站位的潮流特点为落强涨弱．分析了该站位的潮流特征、各层潮流流速的椭圆分布、潮平均流速分布及其余流特征．拟合了该站位潮流流速垂线分布关系及其计算式。     

潮滩围垦对近海潮流及污染物输移的影响研究

为研究潮滩围垦对潮流和污染物输移的影响,基于二维嵌套的水动力水质模型,以通州湾为例分别模拟了不同潮滩围垦工程前后的潮流场及污染物浓度场,并用实测资料对模型进行验证,据此分析潮滩围垦作用下的流速变化和以COD为污染指标的物质输运特征。研究结果表明:通州湾围垦工程具有一定的阻水作用,且在围垦一、围垦二的堤头出现了局部挑流现象,其余海域的流速流向基本没有变化;潮滩围垦阻碍了通州湾南侧海域高浓度污染物的输移扩散,改变了该海域的污染物浓度场,且随着围垦范围的扩大,局部污染物浓度有所增加。综上所述,潮滩围垦改变了潮滩地形、水动力环境特征和污染物输移扩散能力,进而影响到潮滩的水文状况和水质环境。     

用于潮流能双向发电的导流装置性能研究

为解决受叶片翼型的影响而导致发电设备在一个潮流周期内平均效率下降的问题,提高发电设备总的输出功率,对一种可将潮流双向流动转换为单向流动的双向导流装置进行了研究分析。首先,建立了发电装置输出功率的数学模型,采用数值分析的方法研究了圆角半径对双向导流装置内部流场、阻力系数k、流速比以及水轮机输出功率的影响,随后进行水下拖拽试验,测试双向导流装置的实际效果。研究结果表明:当R<1.4 l时,增大过渡圆角半径有利于降低流动阻力损耗,改善流速分布不均的情况,提高双向导流装置的性能。在相同负载条件下,潮流流速为1 m/s时,加装双向导流装置后,负载上的平均电功率比裸叶片提高了79%。双向导流装置能够避免潮流反向带来的负面影响,显著提高发电设备在一个潮流周期内的平均输出功率。     

振荡流场在海洋物质长期输运过程中的作用

关于潮流对物质长期输运过程的作用，早期侧重于考虑潮流振荡部分的影响，潮致余流被揭示之后倾向于强调非振荡部分的影响。本文采用一个新的海洋物质长期输运模型，通过数值实验发现潮流的振荡部分，或者更一般性地说振荡流场对物质长期输运过程的影响，不仅可以与潮流的非振荡部分和涡团的扩散作用相比拟，而且在浅海通常大大强于后面二者。振荡流场的平流输运作用可以等效地参数化为扩散作用，这种参数化具有相当高的准确性，并且全场仅仅依赖于唯一的具有长度量纲的经验常数。研究还发现振荡流场长期输运作用数值模拟适用迎风差分格式，而不适用中心差分格式。     

声学多普勒流速仪盲区数据处理及其在长江河口区的应用

本文基于边界层理论，在估算声学多普勒流速仪（Acoustic Doppler Current Profiler，简称ADCP）水表和底部的观测盲区流速作了初步探索。根据长江口南港定点观测获取的ADCP潮周期流速剖面数据的分析结果，在涨急和落急阶段整个水层均为边界层，流速剖面呈对数分布。因此，利用卡门-普朗特公式外插，计算ADCP盲区的流速，与在盲区放置的直读式流速仪测得的数据相比，平均相对误差分别为2.3%～2.9%。某些数据点的偏离可能是由于悬沙浓度分布的变化而引起的。     

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。     

波浪潮流共同作用下长兴岛海区二维悬沙输运数值模拟研究

根据近岸地区波浪、潮流与泥沙运动的规律,把波浪运动概化为在潮周期中具有时均意义的波浪流分布场,将波浪辐射应力以及波流底部剪切应力耦合到潮流运动方程和悬沙输运方程中,建立了非结构网格下近岸波浪和潮流共同作用下的二维悬沙输运数值模型。时间离散采用欧拉向前格式,空间离散采用有限体积法的显式格式。将模型应用于矩形海湾实验和大连长兴岛附近海区悬沙冲淤过程的实际算例。结果表明:波浪对潮位影响很小,但是对近岸流速有较为明显的影响;波流共同作用对近岸泥沙浓度影响比单纯考虑潮流作用可提高40%～100%的幅度。     

丁字河口附近海域冬季悬浮体特征及其对潮流运动的响应

基于冬季实测的悬浮体及潮流数据,分析丁字河口附近海域悬浮体的分布、组成及变化动力因素。研究结果表明：水平方向上,海域表层悬浮体浓度总体呈南高北低的分布趋势;垂直方向上,底层悬浮体浓度要明显高于表层,且分布形式较表层更为复杂。但在丁字河口附近及悬浮体高值区二者分布形态一致。悬浮体粒径与潮流流速有明显的相关性,最粗粒径出现在落急阶段,最细粒径出现在涨憩期间。主要为涨、落潮期悬浮体来源及携砂能力不同所致。     

近海人工岛及沙坝工程与潮流的响应特征研究

北戴河新区位于最具发展潜力的环渤海经济圈中心地带,为满足旅游业发展需要而建的人工岛和保护旅游海滩而建的人工沙坝对近海潮流动力有不同程度的影响。该文基于MIKE21 FM模块通过大、中、小模型三层嵌套的方式建立洋河-葡萄岛近岸海域潮流数学模型,研究分析人工岛及沙坝工程建设前后的潮流动力变化特征,得到下列主要结论:工程建设后研究区域的主体潮流特征仍为顺岸往复流,流速变化量涨潮大于落潮;人工岛工程对流速场的影响范围和程度均明显大于沙坝工程,其中人工岛工程引起的流速变化量是沙坝工程的4倍;人工岛的建设使其内部形成一个相对封闭的水域,流速近乎为零,而养滩工程区在两侧水工建筑物和水下人工沙坝的掩护作用下流速基本减小至0.10 m/s以下。     

江苏辐射沙洲陈家坞槽悬沙变化过程及垂线分布资料分析

本文对辐射沙洲陈家坞槽14号站位连续2个潮次的水文、泥沙测量资料进行了分析研究,论述了在非恒定流作用下泥沙的悬浮与沉降过程。定量分析了重力作用与紊动作用对含沙量和床面变形率的影响关系。对水体悬沙的垂线分布进行了拟合,给出了对数拟合关系式,并对该关系式进行了讨论和验证,初步明确了陈家坞槽主槽的悬沙垂线分布基本特征。     

潮汐通道边坡潮流垂向结构及其底床冲淤数值模拟

本文阐述了潮汐通道边坡潮流、悬沙垂向结构，并建立了边坡流速垂向梯度解析式。通过理论关系式和现场观测资料分析论证，得知横向湍流掺混作用是造成边坡流速垂向分布较均匀的主要动力机理，考虑到潮汐通道边坡水动力场和悬沙场分布特点，应用平面二维泥沙运动数值模型模拟边坡区底床冲淤趋势，模式经岙山边坡试算，所获结果与该底床冲淤现状基本一致。     

AN APPROACH TO SEPARATING THE CURRENT VELOCITY IN ESTUARINE AND COASTAL WATERS

In the near-shore waters, the actual flow is mainly induced by tide, wind and salinity, and the river water runoff should also be included as a component in the estuary waters. The interactions among these major components are very complicated. Many approaches were proposed to study isolated tide and wind-driven currents or run-off based on the measured velocity, with all its components taken as a whole. In this article, firstly, based on the actual hydrodynamic characteristics of estuarine and coastal waters, an approach is proposed to separate the measured velocity by considering the theoretical current velocity profiles and using the least squares method. The vertical structures of tidal, wind-driven currents, density current and runoff can be obtained as well as their proportions in the measured velocity. Then, this approach is applied to the analysis of velocity data obtained in the North Branch of Yangtze River estuary and of laboratory test data. The results are found to be satisfactory. Finally, this approach is used to separate the measured velocity in the South Branch of Yangtze River estuary, to determine not only the bed friction velocity and roughness height, but also the surface wind stress, and to estimate the wind velocity data above the water surface. The results show that this method is simple in principle, practical in use, and reasonable in obtained results. So it can be used to effectively analyze the field data.     

THE EFFECT OF RECLAMATION IN AREAS BETWEEN ISLANDS IN A COMPLEX TIDAL ESTUARY ON THE HYDRODYNAMIC SEDIMENT ENVIRONMENT

The Oujiang Estuary is a very complex tidal estuary with many islands, which is located in Zhejiang Province, China. Reclamation of areas between islands will create a great amount of land. In this article, the feasibility of reclamation of areas between Lingkun Island and Niyu is studied from the angle of its impacts on the hydrodynamic sediment environment. First, the natural hydrodynamic and sediment conditions and the seabed evolution are analyzed according to in-situ data. Second, numerical models of tidal current and sediment movement under the combined action of wave and current are set up with irregular triangular grid to carry out numerical simulations. The following conclusions are drawn from the study. (1) The areas between Linkun Island and Niyu are not a tidal passage. Wenzhou Shoal has been aggraded gradually, a condition favorable for reclamation. (2) The reclamation is feasible as far as its effect on surrounding hydrodynamic sediment environment is concerned. (3) The reclamation has great favorable socio-economic impacts.     

新型H型叶片潮流能水轮机不同翼型水动力性能分析

为了探究垂直轴潮流能水轮机转轮叶片翼型对其水动力性能的影响,在保持水轮机密实度相同的条件下,采用Fluent软件对4种不同翼型的H型直叶片潮流能水轮机进行了三维流场非定长数值模拟。通过4种H型叶片翼型对转轮动力扭矩特性和水能利用系数的影响,分析了潮流能水轮机水动力性能。结果表明,NACA0015翼型的水轮机单叶片动力扭矩最大值明显高于其他3种翼型;而整体转轮扭矩最大值取决于其不同的来流速度等运行工况。从整体上看,不对称翼型NACA4415的水轮机水能利用效率优于其他3种翼型。本研究为新型潮流水轮机的设计和翼型的选择应用提供了依据。