西洋水道水动力及悬沙输运特征分析

基于辐射沙脊群海域实测水文、泥沙资料,分析了西洋水道的水动力特征和泥沙沉降过程,并计算了实测测点的拉格朗日余流,同时对辐射沙脊群海域的冬夏季和大小潮的净进出水通道特征进行了分析。利用悬沙通量机制分解方法对西洋水道的泥沙输运机制进行了分析。分析结果表明:西洋水道内平流输运占主导地位,对悬沙净输运的贡献最大,余流是引起悬沙净输运的决定因素;水道内水深、地形复杂,海流在垂向上变化较大,导致含沙量垂向变化和潮周期变化,从而引起垂线净环流作用对输沙的负贡献。     

长江河口河槽水沙特性及其输移机制研究

基于2007年1、7月长江口大潮实测流速及悬沙量资料,运用数据统计和机制分解法分析各河槽水沙输移特性,结果表明:枯季优势流小于洪季,枯季北支、南支北侧、北港中下段、南槽南边滩为涨潮优势,其他河槽为落潮优势,洪季北槽口外为涨潮优势,其他河槽为落潮优势;悬沙输移主要驱动力为欧拉余流、潮泵效应、垂向环流和斯托克斯余流,欧拉余流在平流输沙中占主导地位,潮泵效应在潮流输沙中占主导地位,欧拉余流指向海,垂向环流和斯托克斯余流指向陆,潮泵效应除北港口外、南槽口外随季节变化外其余河槽指向海;不同汊道各输沙项的贡献随径流与潮汐潮流的相对重要性而变化。     

温州瓯飞浅滩及其附近海域枯季悬沙输运机制研究

基于2013年4月瓯飞浅滩大范围海域的潮流和含沙量同步观测资料,运用机制分解法分析悬沙从小潮至大潮的输运特征,探讨不同水动力因子对悬沙输运的贡献率。结果表明:余流从小潮到大潮期间逐渐增加,河口区余流值最大,其次是北部岛屿区,南部海域最小。欧拉余流绝大部分方向向海,而斯托克斯余流方向向陆。单宽输水量以北部岛屿区最大,向陆输运,其次是瓯江口,向海输运,输沙量以大潮输移为主,其输沙强度和输沙方向在空间上差异明显。瓯江口和鳌江口、南部北部岛屿区和海域向海输运,而飞云江口和中部海域向陆输运。在各个输沙项中,河口区以平流输沙为主,而北部岛屿区、中部海域和南部海域以潮泵输沙为主。     

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。     

伶仃洋洪季悬沙分布特征及变化过程分析

根据珠江三角洲伶仃洋河口2003年洪季(7月)潮流、泥沙和盐度现场观测资料,通过对悬沙分布特征及变化过程进行深入分析,结果表明:伶仃洋河口洪季的悬沙浓度在径流、潮流作用下具有明显的潮周期变化,泥沙再悬浮多发生在落急、涨急后1～2小时;在0303站附近形成最大混浊带,在最大混浊带上游段,呈现涨潮优势沙,泥沙净向陆输移,而下游段,呈现落潮优势沙,泥沙净向海输移;泥沙纵向输移机制分析表明,拉格朗日输沙、潮汐捕集输沙和垂向净环流输沙是伶仃洋泥沙运动的主要形式.     

珠江三角洲西、北江干流水道水沙净输运机制分析

珠江三角洲西、北江干流水道是三角洲主要的输水输沙通道。该区域洪潮交叠、海陆交汇,水流特性复杂。对珠江三角洲西、北江干流水道枯季大小潮实测数据进行物质输移量分解,计算分析区域余流值及悬沙输运机制。结果表明:研究区域受径流影响程度超过潮流,而北江干流受潮流影响程度超过西江干流;悬沙输运中,欧拉余流悬沙输移为区域悬沙输移的最主要控制因素,斯托克斯漂移、潮汐与悬沙含量潮变化相关项、垂向净环流对悬沙输移也有一定影响。     

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。     

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。     

长江口北支小潮至大潮水沙输运机制研究

根据2010年4月23日至30日在长江口北支主槽内获得的流速和悬沙观测资料,运用机制分解法分析了从小潮到大潮连续变化过程中北支的水沙输运特征.研究结果表明:从小潮到大潮余流和单宽输水量不断增加,输水方向向海.单宽输沙量从小潮到大潮趋于增加,但输沙方向具有小潮和大潮向海、中潮向陆的特点.在各输沙项中,平流输沙占主要地位,其输沙方向向海,输沙量从小潮到大潮显著增加,大潮输沙量约为小潮的46倍;潮泵输沙占次要地位,其输沙强度和输沙方向随潮周期变化频繁;垂向净环流的输沙强度很小,输沙方向向陆.此外,从小潮到大潮的过程中,一些重要输沙项的贡献率随潮周期变化显著,这表明各潮周期的悬沙输运机制有时存在较大差异.     

洋山海域悬沙输运的空间结构特征分析

位于长江口和杭州湾外的洋山海域因建有中国首个离岸式深水港口而倍受学者们的关注,尤其是海域内的水沙输运特征十分重要。基于一个大潮周期海域内多个站点上的水文泥沙观测资料,利用准调和分析将观测资料分解成多个波动频率上的组成部分,从而对各个水动力因子所驱动的悬沙输运的空间特征进行分析。研究认为,半日潮流输沙和余流输沙是该海域悬沙输运的主要部分,且两部分输沙函数在南北海域和垂向结构上都呈现显著的差异性。海域北部半日潮输沙较强且朝向涨潮流方向,而海域南部输沙规律较复杂。余流输沙大都朝向落潮流方向,且呈现"南强北弱"、"表强底弱"的特点。海域全日潮流输沙和M4分潮输沙均较弱。     

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。     

长江口枯水期最大浑浊带形成机制

用ADCP获得了长江口最大浑浊带内的高频率和高分辨率流速和悬沙浓度数据,对不同定点站位和走航断面的悬沙浓度、流速和盐度数据进行了分析,同时对不同站位的再悬浮通量以及悬沙输运机制也进行了计算,进而讨论了长江口枯水期最大浑浊带的形成机制。结果表明,枯水期的长江口处于淤积状态,再悬浮通量较小,其数量级介于10-4-10-7kg·m-2s-1之间;平均流输运在整个悬沙输送中占主导地位,斯托克斯漂移效应、垂向环流和潮振荡的垂向切变作用对悬沙输运也有着重要作用;通过分析走航断面的数据确定了枯水期中潮期内最大浑浊带的显著分布区域,“潮泵”作用和河口重力环流作用均在该地区最大浑浊带形成中都发挥着重要作用。     

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。     

长江口北槽洪季断面流速分布与泥沙输运特性

为了解长江口北槽涉水工程对该区域水沙条件的影响,利用2009年8月北槽4个同步走航断面的水文泥沙资料,根据通量守恒原理,采用横向均匀、垂向时变的网格,经过时间插值、空间插值和投影的方法,将数据统一到计划断面,对北槽坡槽的水流结构分布特征及泥沙输运特性进行了分析。结果表明:北槽南、北边坡和深槽的涨落潮流速具有不同步的特征,南、北边坡先涨先落、深槽后涨后落,平流项输运和潮泵效应是北槽泥沙输运机制的主要影响项;北槽悬沙在深槽和南边坡向海输运,而在北边坡则是向岸输运,这种局部差异可能是北槽拐弯段北边坡淤积严重的重要原因之一。     

长江口外海滨典型断面悬沙通量计算

长江河口的口外海滨地区是河流和海洋之间的过渡区域和长江人海泥沙扩散、堆积的主要场所，也是与杭州湾、江苏海域等邻近水域进行水、沙交换的过往之地。本文运用目前较为成熟和可靠的机制分解法和等面积时变网格法分别对口外海滨地区典型断面的悬沙通量进行了估算，两种方法计算得到的通量结果方向一致，量级相同。结果表明，长江流域来沙出口门后，大约27％向南进入杭州湾，向东人海的有20％左右，还有9％左右的泥沙向北进入江苏海域，剩余的大约44％的泥沙在水下三角洲地区沉积下来。就各输沙项而言，平流作用输沙贡献最大，潮泵作用输沙量次之，垂向净环流和垂向潮振荡切变项的相对贡献较小。     

九龙江口-厦门湾悬沙浓度及多岔口潮汐汊道泥沙输运的数值模拟

基于环境流体动力学模型(Environment Fluid Dynamic Code/EFDC)水动力和泥沙模块,该文针对九龙江口-厦门湾水域潮动力强、浅滩面积大的特点建立二维潮流泥沙数学模型并利用实测数据进行校验。模型精简适用,成功反演了该水域的水动力场和悬沙浓度场,并能正确反映浅水区域的水沙运动特征。结果表明:在潮流作用下,厦门湾水体中悬沙浓度由外向内递增,悬沙随着潮流的涨落在湾内外作中-长距离的往复运动。湾内特别是浅滩区,大潮期悬沙浓度大于小潮期且浓度随潮变化明显,小潮期悬沙场则较为稳定。采用抓斗式挖泥船(源强Q=7.5 t/h)在翔安东南侧浅滩疏浚作业对邻近保护区基本无影响,但翔安南部"五岔口"型潮汐汊道存在能远程输运近岸疏浚泥沙的"泥泵式"水动力场,促使形成环绕厦门岛东海域的带状悬沙分布,该文进一步揭示了形成该分布的水动力机制。增大疏浚强度可导致白海豚保护区被污染,悬沙带宽度增大,浓度上升。     

大窑湾潮及悬浮物沉降扩散的数值模拟

本文结合大窑湾港区建设的实际工程，计算了大窑湾潮流场及悬浮物浓度的沉降扩散。采用垂向平均的二维潮流场模型，其开边界条件考虑了海湾内潮波反射的影响，潮流场的计算结果与实测值比较符合。对具有沉降项的悬浮物浓度对流扩散方程也采用垂向平均处理，给出了其合理的表达，结合潮流场的实测及计算数据，确定了沉降项中的参数，计算的浓度分布结果为工程环境评价提供了有益的依据。     

SUSPENDED SEDIMENT TRANSPORT IN THE OFFSHORE NEAR YANGTZE ESTUARY

Based on the Estuarine, Coastal and Ocean Modeling System with Sediments （ECOMSED） model, a 3-D hydrodynamic-transport numerical model was established for the offshore area near the Yangtze Estuary in the East China Sea .The hydrodynamic module was driven by tide and wind. Sediment module included sediment resuspension, transport and deposition of cohesive and non-cohesive sediment. The settling of cohesive sediment in the water column was modeled as a fimction of aggregation （flocculation） and deposition. The numerical results were compared with observation data for August, 2006. It shows that the sediment concentration reduces gradually from the seashore to the offshore area. Numerical results of concentration time series in the observation stations show two peaks and two valleys, according with the observation data. It is mainly affected by tidal current. The suspended sediment concentration is related to the tidal current during a tidal cycle, and the maximum concentration appears 1 h-4 h after the current maximum velocity has reached.     

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。