感潮河段悬沙数学模型——以长江口为例

感潮河段的水流、泥沙运动有其独特的性质。本文针对其特点 ,水流的挟沙力由水动力因素、泥沙因素共同决定 ,以此建立非均匀悬沙的二维数学模式。模式用于模拟长江口感潮河段的悬沙含量的分布和变化 ,计算的结果与 1996年 9月实测资料拟合的较好 ,并在此基础上分析了感潮河段流速、含沙量与水流挟沙力的确定之间的关系。     

长江口细颗粒泥沙过程

本文对长江口细颗粒泥沙过程研究进行了总结,并提出了今后重点研究方向1）长江口细颗粒泥沙是非均匀沙，其运动机理究竟如何？2）大规模水利工程究竟如何影响长江口最大浑浊带?3）在长江口细颗粒泥沙过程的数学模拟中,如何考虑河口波、流相互作用(耦合)及其对近底细颗粒泥沙输移的影响?4）整个长江口水域瞬时、连续的水深、含沙量、地形变化资料的获*粒泥沙过程数学模拟的精度。5）长江口悬沙以拉格朗日模式输运,而过去大多悬沙观测调查是在欧拉模式中进行，如何进行欧拉和拉格朗日模式对比研究?6）风暴潮、台风等对长江口细颗粒泥沙运动的影响。     

长江口粘性细泥沙有效沉速与相关因素的关系

利用20世纪70年代至今不同时期、不同测点的长江口泥沙垂线分布和流速资料,用Rouse公式拟合法计算得到相应的长江口悬沙有效沉速.计算分析结果表明:①长江口悬沙有效沉速主要集中为1.0～10.0 mm/s;②含沙量和切应力是影响悬沙有效沉速的主要因素;③悬沙有效沉速和含沙量的关系为Wf=4.94C0.87;④悬沙有效沉速和切应力的关系为Wf=2.96τ0.59;⑤在河口地区,悬沙有效沉速比理论沉速和实验室模拟沉速都要大一个数量级左右.在分析大量实测资料基础上为长江口泥沙输运及沉积研究提供了更接近于实际情况的悬沙有效沉速公式.     

基于有限掺混长度概念的悬沙浓度垂线分布研究

从掺混长度理论的基本假定人手,分析菲克定律解释紊动扩散现象的局限性,根据有限掺混长度概念,对明渠流中悬沙浓度垂线分布进行研究:由垂向紊动强度确定掺混速度,分析水体和泥沙作为不同研究对象时掺混长度的差异,定义水体掺混长度和泥沙掺混长度概念,依据卡门紊流相似假说和水流剪切应力分布特征,确定泥沙掺混长度的垂线分布,考虑浓度对泥沙沉降速度的抑制作用,建立明渠流中悬沙浓度垂线分布模型,并进一步分析浓度和颗粒大小对泥沙掺混长度的影响.计算值和测量值的比较表明,该浓度分布模型能够较好地反映明渠流中悬沙浓度垂线分布特征.     

全沙数学模型在港口环境评价中的应用

本文提出了用两相流连续方程、运动方程描述底沙推移质运动模型的方法，建立了封闭求解的二维全沙数学模型方程组，对悬沙与底沙的交换问题进行了讨论。引入了平衡挟沙和非平衡挟沙交替计算的新方法。将此模型初步应用于港口建设的工程环境评价中，得到水流泥沙实测资料的验证，说明全沙数学模型方法是正确的。     

浑水水力分离装置中水沙两相湍流的数值模拟

文章采用RNG(重整化群)k-ε双方程紊流模型和简化的多相流Mixture(混合)模型,对浑水水力分离装置内水沙两相湍流场进行了数值模拟,得到浑水水力分离装置的柱体区、悬板区以及锥体区内含沙水流的平面速度矢量分布、含沙水流的紊动强度分布以及泥沙体积浓度分布。通过装置内清、浑水流场的计算结果,分析了泥沙的存在对装置内水流平均流速和紊动强度的影响,以及不同区域内影响水沙分离的主要作用力。研究结果表明泥沙的存在不会削弱水流的平均运动,但泥沙可有效地抑制水流的紊动扩散作用,有利于悬浮泥沙的沉降,装置内不同部位影响水沙分离的主要作用力不同,在锥体区和悬板区水沙分离主要依靠离心力,而在柱体主要依靠重力沉降。     

基于遥感信息的杭州湾表层悬沙浓度变化趋势研究

采用杭州湾1988-2014年的Landsat-TM/OLI遥感影像,结合实测水体光谱和同步悬沙取样数据,构建表层悬沙浓度遥感定量反演模式,开展表层悬沙浓度反演并讨论其时空变化特征。结果表明：构建的定量反演模式精度良好,揭示了杭州湾表层悬沙浓度的时空多变性;年际趋势显示,洪季近二三十年来杭州湾湾口北部水域表层悬沙浓度减少约40%～50%,其他水域相对较稳定;与洪季不同,枯季表层悬沙整体呈现减小态势,减小幅度为30%～40%;长江入海泥沙减少、滩涂围垦、沿岸水流以及长江口外泥沙源的共同作用是表层悬沙浓度年际变化的主要影响因素。     

基于SPH法的水沙二相流模拟研究进展

介绍了水沙二相流运动的研究现状和SPH法基本原理,阐述了在水沙运动模拟中引入SPH法的可行性,总结了基于SPH法的水沙二相流模拟技术研究进展情况。认为:①通过离散含沙量对流扩散方程,可建立悬沙浓度变化SPH模型,据此可求解从小到大不同尺度的非均匀挟沙水流的含沙量变化,给出"含沙量粒子"的时空变化信息;②基于质点动力学,可建立悬沙粒子运动SPH模型,据此可求解泥沙颗粒在非均匀水流中的小尺度运动方程,给出水沙二相流的时空变化信息。但是,悬沙浓度变化SPH模型的局限在于"含沙量"实质上还是时空平均特征;悬沙粒子运动SPH模型的局限在于目前它只适用于求解SPH粒子总量较少的流动问题。     

长江口南 北槽悬沙遥感反演模型研究

为了给长江口航道治理及区域水土资源开发提供技术支持,利用2006~2008年卫星遥感影像数据和长江口多点实测含沙量数据,建立悬沙遥感反演模型,对长江口南、北槽泥沙含量进行了深入研究。结果表明：在含沙量小于0.2 g/L的低含沙量区,遥感反射率与水体含沙量之间呈线性关系;而在含沙量大于0.2 g/L的中高含沙量区,遥感反射率与含沙量之间呈对数关系。长江口大潮与小潮期的含沙量差异明显,按大、小潮分别建立遥感反演模型的精度较高。利用该模型可较好地反演出长江口南、北槽的含沙量场,并据此推断悬沙可能是造成北槽航道淤积的主要泥沙来源。     

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。     

径流与潮流对长江口泥沙输运的影响

本文首先建立了一个一维水流、二维泥沙数学模型，以长江口南港北槽为实际背景，研究了径流和潮流共同作用下，泥沙输运的规律，讨论了泥沙近底边界条件，认为非恒定情况下泥沙底边界条件应考虑沉效应。     

NUMERICAL SIMULATION OF BED TOPOGRAPHY CHANGES INDUCED BY DEEP WATER NAVIGATION CHANNEL PROJECT IN THE YANGTZE ESTUARY

1 .　INTRODUCTIONWiththedevelopmentofindustriesintheYangtzeestuary ,moreandmoreprojects ,suchasportdevelopments ,waterwayconstruction ,landreclamationaswellascoastalprotectionworks,havebeenconductingintheestuary .Moredetailedknowledgeofthetidehydrodynamicsandsedimenttransportmechanisminthewaterisneededforconstructionandmanagementofthe projectsbe causeofthedifficultiesinmodelingthecharacter isticsoffinecohesivesedimentmovementandthecomplicatedflowsdrivenbyriverdischarge ,tide ,stormsurgeand…     

近50年来长江中游泥沙输移变化

 对1950年以来长江中游泥沙输移资料作了初步分析。分析结果表明：20世纪60年代下荆江裁弯后,三口(松滋口、太平口、藕池口)分流分沙减少,下荆江径流量和输沙量相应增加,洞庭湖泥沙淤积减少;80年代中期以后,长江中游干流及洞庭湖出口的年输沙量呈减少趋势,城陵矶至武汉河段河床由淤积转为趋向冲淤平衡三峡工程初期蓄水运用后,长江中游含沙量沿程恢复距离较长,但床沙质部分恢复距离相对较短。     

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。     

长江口深水航道海域悬浮泥沙光谱特性研究

 长江口深水航道治理和维护的核心问题为泥沙问题。对长江口深水航道 7 个浮标所在海域进行了不同浓度含沙水体的反射光谱测量,并且结合“长江口深水航道水文、泥沙、波浪自动遥测系统”遥测数据和野外现场取样数据,对其光谱特性进行了分析,发现这些海域悬浮泥沙的敏感波段在 730 ～ 930 nm 之间,并且 731 nm 附近的一阶微分与悬浮泥沙浓度相关性较好。在对其光谱特性进行分析的基础上,分别建立了悬浮泥沙光谱反射率、光谱反射率均值和反射率一阶微分的指数反演模型和二次反演模型,结果显示 900 nm 波长的指数模型可以较准确地定量反演出悬浮泥沙浓度。     

珠江三角洲河网与河口夏季水沙通量的模拟

本文利用一、三维水动力与泥沙耦合模型,计算珠江三角洲河网与河口夏季水沙通量,构建其收支模式,并分析水沙迁移路径与泥沙沉积特征。研究表明,西江为最主要的水沙输入源,磨刀门为最主要的水沙输出口门,蕉门次之。夏季泥沙以淤积为主,上游汇入的泥沙,有39.4％沉积于河网区,其余60.6％经八大口门输入珠江口后,有59.5％发生沉积,另外1.1％输入外海。河网区的水沙输送由径流控制,而河口区则由径流、潮汐、季风等因素控制。河网区各区域的沉积特点因动力条件的差异而呈现不同的规律,大量泥沙在西江干流、虎门水道淤积。珠江口中以内伶仃洋与磨刀门海域的沉积量最大,泥沙在西滩周边和磨刀门海域快速沉积,其中磨刀门海域淤积最为强烈。     

长江口全沙数学模型研究

在正交坐标系下，建立了能较好拟合长江口边界的平面二维潮流和全沙数学模型。应用１９９６年洪、枯两季大、中、小潮水文泥沙资料和１９９５年、１９９６年地形及８３１０和８６１５台风暴潮引起的南北槽淤积资料，对长江口的潮位、流速、流向、含沙量特别是南北槽的地形变化和航道回淤进行了验证，结果表明该全沙数学模型较好地复演了长江口流场、含沙量场和地形变化。     

永定新河二维输沙有限元数值模拟

本文应用不平衡输沙原理，并采用一种集中质量矩阵的“迎风”有限元方法对二维泥沙扩散问题建立了数学模型，该模型对永定新河北塘河口作了数值模拟计算，计算的结果与实测的水位、流速、沙量过程进行了验证，验证结果是合理的。     

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。