伶仃洋盐度高度层化现象及盐度锋面的研究

根据1999年7月实测资料,首次发现珠江口伶仃洋出现盐度高度分层的现象。本文对实测资料进行了分析,并运用三维斜压模型对该区域进行了数值模拟,模型采用垂向最小0．5m的高分辨率计算模拟盐度高度分层现象。模拟结果与实测资料基本吻合,并很好的反映出伶仃洋盐度高度层化现象整体分布,给出了计算模拟的盐度锋面。     

波浪和风对伶仃洋盐度输移影响的三维数值模拟研究

水流、波浪、风是河口区常见的动力因素,对影响河口盐度场分布的径流、潮汐、波浪、风力因素进行了综合考虑,将水平正交曲线变换和垂向σ坐标变换相结合,建立复杂边界条件下伶仃洋三维盐度数学模型,其中的波浪要素采用第三代波浪模式SWAN计算。在采用实测资料对模型进行验证后,通过对不同因素组合下伶仃洋三维盐度场的模拟,探讨了风和波浪对其盐度空间分布的影响。     

海水经船闸入侵淡水运河的三维数值模拟

为研究船闸运行过程中盐分的输运规律及其对淡水水域的盐度影响,建立了三维k-ε两相混合流数值模型,模型控制方程组采用有限体积法进行离散,流速与压力耦合采用SIMPLEC算法,时间项采用一阶隐式格式,流项采用二阶迎风格式,计算区域采用六面体网格划分。采用某船闸的海水入侵原型试验成果对数值模型进行了验证,闸室内盐度的模拟值与实测值吻合较好。海水入侵淡水水域模拟结果表明:上游航道盐度分布可分为异重流段、过渡段和扩散段,各段盐分输运速度依次减小;各断面的盐度呈周期性变化,在船闸运行一段时间后逐步趋于动态平衡;一个循环内的盐分入侵量在船闸运行初期较大,随着运行时间的增加逐渐减小,并趋于恒定值。研究结果可为船闸的设计与运行调度提供科学依据。     

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。     

大江河口三维非线性斜压水流盐度数学模型

本文建立了河口三维非线性斜压水流盐度数学模型。该模型通过。坐标变换，使整个水域垂直方向可采用相同的分层。基于过程分裂法，将三维流动分成表面重力波（外模式）和内重力波（肉模式）。外模式采用改进型双步全隐有限差分DSI法进行计算，内模式利用欧拉-拉格朗日公式，改进三维垂直方向隐式格式，减小了数值耗数，提高了计算精度及稳定性。该模型应用于长江口三维盐水入侵计算，结果表明水流盐度分布与实测一致。     

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。     

尾闾河段的数值模拟研究

尾闾河段是否畅通，直接关系到河流能否安全泄洪、排沥，是水利部门十分关注的问题。本文阐述了采用一、二维耦合数学模型进行尾闾河段洪水与潮波的模拟的基本理论，对耦合模型的交界面条件及耦合方式进行了详细说明，并以某河尾闾段为例建立一、二维耦合模型。一维数学模型研究计算的范围为河口区上游的河段，平面二维数学模型研究计算的范围为近挡潮闸河段以及至河口外近海区域。模型以历史洪水和实测潮波分别进行了验证，计算结果与观测结果吻合良好，表明耦合模型可以较好地反映模拟河段及近海区的洪水与潮汐特性，解决河流尾闾段的水力模拟计算。     

大江河口三维非线性斜压水流盐度数学模型

本文建立了河口三维非线性斜压水汉盐度数学模型，该模型通过σ坐标变换，使整个水域垂直方向可采用相同的分层，基于过程分裂法，将三维流动分成表面重力波（外模式）和内重力波（内模式）外模式采用改进型双步全隐有限有差分为ＤＳＩ法进行计算，内模式利用欧拉－拉格朗日公式，改进三维垂直方向隐式格式，减小了数值耗散，提高了计算精度及稳定性，该模型应用于长江口三维盐水入侵计算，结果表明水流盐度分布与实测一致。     

波-流共同作用下令仃洋三维盐度数值模拟

为了研究伶仃洋内盐度的输移运动规律,建立了三维斜压盐度数学模型。模型考虑了径流、潮流及波浪场作用下的盐度输运,波浪的影响通过三维辐射应力和波一流共同作用底应力反映。采用平面正交曲线坐标和垂向σ坐标对复杂边界和地形进行了较好的拟合,方程采用守恒有限差分法离散,并采用内外模式分裂技术求解,水平动量方程的求解采用了“预测”、“校正”相结合的方法以保证内外模式所求流速值的一致性。应用枯水期伶仃洋大规模同期实测的水位、流速和盐度资料对模型进行了验证,计算值与实测值吻合较好,表明了模型对伶仃洋水流、盐度运动规律模拟的可靠性。     

孤立波与碎石型防波堤相互作用的CFD-DEM数值模拟

该文基于计算流体动力学(CFD)与离散单元法(DEM)的基本原理,建立了CFD-DEM耦合数值模型。应用所建立的三维CFD-DEM耦合数值模型模拟了不同工况下孤立波与防波堤离散体相互作用的详细过程,验证了离散体颗粒之间的屏障效应和离散体结构受孤立波作用而产生变形的物理过程。模拟结果符合预期和物理规律,验证了该耦合数值模型的有效性及模拟精度。该CFD-DEM耦合数值模型可以为进一步研究波浪与离散体结构防波堤相互作用中结构的稳定性问题和水动力特性提供非常有效的研究手段。     

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。     

珠江河口水动力一维、二维联解的有限元计算方法

该文应用有限元联解方法计算珠江河网与河口的整个水动力。仿照四点隐式差分法在每个一维单元内部形成独立的单元方程组,改进RMA有限元软件包实现河网一维数值模拟。借鉴弹性力学年中通过固结杆件与块体的连接结点实现两构件组合计算的思路,设计了珠江河网一维、河口二维水动力联解的有限元法,通过单元矩阵的构建、合并与叠加,形成整体方程组,实现整体求解的连接模式,有效地解决了不同形态流场的模拟问题。应用研究表明:该方法合理,计算结果较理想。     

黄河河口水沙运动的二维数学模型

本文针对黄河河口河道水沙潮波的特点，从水流连续方程、运动方程，泥沙运动方程出发，补充了潮流挟沙能力的计算公式，建立了黄河河道河口二维数学模型。以1982年实测资料，从潮位过程、流速大小和方向及海底冲淤变形等方面对数学模型进行了验证计算。在此基础上开展了典型水沙条件下黄河河口泥沙运动规律的模拟研究。其结果揭示了黄河河口清水沟所处海域的潮流潮汐特性和泥沙输移规律。这些成果与实测资料以及卫星遥感分析结果一致，进一步表明了模型的可靠性。     

珠江磨刀门河口拦门沙对排洪影响的初步研究

建立了磨刀门河口二维水动力模型,在对现场实测资料验证良好的基础上,选取开挖中心拦门沙、东汊与西汊疏浚及导堤封堵东汊3个方案,比较了它们对排洪的影响,以探讨河口拦门沙的排洪效应问题。数值模拟表明,拦门沙开挖对磨刀门河口局部水动力特征的影响较小,拦门沙的开挖不能大幅增加洪水排泄的效率;修建导堤封堵东汊会加大挂定角至大井角的水面比降,造成更严重的壅水;东、西汊的浚深对排洪的影响也较小。拦门沙的存在看似对于泄洪有一定的阻碍作用,实际上河口及其拦门沙可以通过地貌形态的自动调整来与洪水径流作用相适应。     

人类活动对典型三角洲演变的影响--Ⅰ长江和珠江三角洲

中国大多数河流三角洲发育,许多城市在靠近河口处发展起来并成为商业中心。日趋增大的人类活动的影响导致了新的问题,需要新的流域管理策略加以应对。长江、珠江、黄河和海河三角洲为我国河口三角洲的典型代表。本文以长江和珠江三角洲为例,讨论了三角洲的演变及相应的管理策略。长江携带大量的水、沙入东海,在河口处不断形成三角洲岛屿和浅滩,导致河道分汊。长江口实施的航道疏浚和填海造陆工程促进经济发展的同时,在一定程度上束窄和稳定了河口。珠江三角洲是由西江、北江、东江以及潭江、绥江、流溪河、增江等在珠江河口湾内堆积形成的复合三角洲。三角洲内河网密布,出海口门较多。促淤造陆、疏浚开挖排洪航运水道、人工采砂等改变了三角洲的演变。合理的调配水沙,控制无序采砂,有计划的围垦是珠江三角洲综合治理方略。     

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。     

分布式水文模型EasyDHM在北江流域的应用

为了解决珠江流域咸潮上溯问题,需要在枯水期对流域水库群进行压咸调度。合理调度的前提是准确掌握流域的来水情况,以便在满足发电需要的基础上兼顾生态需要,特别是在枯水期。飞来峡水库是北江流域的重要水库,位于珠江流域下游,在流域抑咸调度中起到关键的作用。为了对飞来峡水库来水过程进行水文模拟分析,以分布式水文模型EasyDHM为基础,利用DEM、实测河网、土壤、土地利用及水文气象数据,构建了北江流域分布式水文模型。通过模型的参数率定以及验证发现,模型精度较高,可以很好的应用于流域水情形势分析;对飞来峡水库旬入库过程统计发现,枯水期来水量最小值出现在12月上中旬,这对于确定流域抑咸统一调度的最佳时期也有着重要的意义。     

风对珠江河口咸情影响的理想模型研究

珠江口枯水期风向以北风、东北风和东风为主.强风是珠江口咸潮活动的主要扰动因素,也是珠江口附近饮用水源地取淡几率异常减少的主要原因.通过建立理想模型研究发现:无论发生哪个方向的强风,河口、河道咸情均会较无风时严重.对于河口地区,东风和西风造成的盐度增加幅度最高;而对于河道上游地区北风导致的咸潮入侵距离增加幅度最大,其次为南风,接着是东风和西风.     

珠江河网与河口一、二维水沙嵌套数学模型研究

利用三级联合解法和“节点含沙量控制法”,建立了珠江三角洲河网区一维非恒定流水沙数学模型,伶仃洋平面二维水沙模型采用了正交曲线坐标下DSI和ADI法。通过虎门、蕉门、洪奇门、横门4个交接面的水位、流量和输沙量等物理量的相互传递,在每一迭代步内进行河网一维与伶仃洋二维水沙模型的嵌套计算。利用2001年2月枯季和2003年7月洪季实测的水文资料进行验证。结果表明,模型计算结果无论在珠江三角洲河网区、交接断面以及伶仃洋区均与实测资料吻合较好,该模型可用来模拟珠江三角洲河网和伶仃洋的水沙运动过程。