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。     

汊道悬移质分沙的模型

本文引进由分汊河道分流比决定的当量水深作为引水深,同时提出了在分汊前干流断面上引水面积的形态.根据流速及含沙量沿垂线分布,求出了悬移质分组泥沙分沙比与分流比的关系,以及全沙含沙量和级配等.由这个分沙模型得到的理论结果与长江分汊河道及荆江人工裁弯的资料均能符合.并且与几何引水深决定的结果也是一致的.     

荆江汊道分流分沙变化及特性分析

长江荆江河段汊道分布较多.荆江段河道汊道的变化主要受上游宜昌水文站来水、来沙量的影响,下游河道的裁弯取直也对汊道的变化有一定的影响.描述了荆江主要汊道的形态、特性及变化情况,着重分析了汊道分流分沙变化及特性,从不同角度探讨了汊道的形成、变化原因.采用简易法对汊道的分流进行了计算,并与实测的分流、分沙资料进行了对比分析.计算成果与实测成果误差在6%以内,可以采用简易法,根据上游水位和河道断面资料计算分流分沙比.     

北江下游河段各汊道的水沙分配特征及滩槽演变

该文主要采用洪、枯两季的实测水位、流速、含沙量及大断面资料等,在对比洪水期和枯水期各实测水文要素的基础上,具体分析各个汉道的水沙分配特征,进而研究主航道及其它汉道的演变趋势。     

长江南京河段汊道的演变和治理

长江南京河段为典型的分汊型河流，五十年代以来，进行了系统的观测研究和治理，河段自上而下依次为梅子洲，八卦洲，兴隆洲三个汊道，其中兴隆洲汊道１９８５年堵汊复归为单一河段，梅子洲汊道处于变道的下半段，演变不十分剧烈，通过整治取得了理想的效果，八卦洲汊道演变较为复杂，且治理时机稍晚，通过整治抑制了变化速率，兴隆洲汊道的形成和发展较快，堵截兴隆洲左汊这么大的发展中汊道在长江上尚属首例，本文对三个汉道的演变     

新水沙条件与整治工程下和畅洲汊道演变分析

和畅洲汊道是长江下游典型的江心洲分汊型河道,也是长江下游历史上演变最剧烈的河段之一。三峡水库蓄水后河段来沙大幅减少,和畅洲汊道演变与航道条件随之改变,为了抑制左汊发展、改善右汊航道条件,水利、交通部门先后在左汊口门、上中段修建了三道水下潜坝。在大量实测资料的基础上,分析了新水沙条件和整治工程双重作用下和畅洲汊道及其上游六圩弯道河床演变特征。分析结果表明:2009年后六圩弯道河床持续下切,伴随着局部岸线崩退和心滩发育等不利变化;三道潜坝限流作用显著,2019年左汊实测分流比约为64%,较2002年最高76%时下降12%;右汊河床经历了缓慢淤积到由淤转冲再到普遍冲刷的阶段性变化,航道条件得到改善;但左汊潜坝下游河床产生明显的局部冲刷,且发生两次崩岸事件,应引起重视。     

潮汐汊道稳定性研究综述

从时间 流速不对称特征、纳潮量 过水断面面积关系、水动力特性、泥沙运动及动力沉积地貌过程的角度,综述了潮汐汊道稳定性研究的进展,指出今后潮汐汊道地貌形态动力学研究的主要课题有探求纳潮量 过水断面面积关系物理机制、阐明潮汐汊道水沙运动及沉积地貌相互作用过程、揭示淹没型潮汐汊道稳定机制及拓展复合型潮汐汊道研究等。     

长江下荆江监利河段乌龟洲汊道分流分沙变化及演变特征分析

监利乌龟洲汊道位于长江中游下荆江河段中部,属于典型的弯曲分汊型河道.重点分析了2010～2018年长江中游下荆江河段乌龟洲汊道分流分沙及断面演变特征.结果表明:该河段断面形态基本稳定,受三峡水库清水下泄、洞庭湖洪水顶托相互影响,断面年际间变化冲淤互现;分流分沙较稳定,右汊为主汊.从上游河势变化、汊道分流分沙变化及人类活...     

长江下游澄通河段通州沙汊道演变新特征

长江下游澄通河段通州沙汊道为典型的多滩分汊河道,在径潮流共同作用下,河势与航道条件复杂多变。近期该河段实施了一系列河道(航道)整治工程后,通州沙西水道涨落潮流归顺主槽,该水道淤积萎缩态势得到缓解,但疏挖拓展后的水深条件难以维持,西水道将经历整治后的调整平衡过程。东水道局部河势发展趋向不利,其中:龙爪岩上段呈现主流右摆、滩槽交错的特征,右侧洲滩冲刷,滩面串沟依然存在,并有进一步冲刷发展的趋势;龙爪岩下段营船港外边滩冲刷左移,新开沙尾-10 m(高程)潜心滩冲刷,对航道不利。建议及时采取守护东水道右侧洲滩的措施,整治新开沙外滩,并考虑实施通州沙圈围工程,有利于维持洲滩与汊道分流格局长远稳定。     

长江扬中河段小泡沙汊道现状分析及治理方案比选

以长江中下游扬中河段小泡沙汊道为例,通过对汊道历史演变及现有问题的总结,提出对小泡沙洲头以及右汊采取相应的治理措施的必要性,并使用数模软件分别比选了洲头和右汊的两种方案.最终采用洲头守护加右汊护底的组合方案,以期一定程度上遏制右汊分流情况的继续恶化.     

基于ADCP和OBS观测的洋山港关键断面水沙通量研究

应用声学多普勒流速剖面仪观测洋山港关键断面剖面水深和流速,同时应用OBS观测断面上代表点处剖面水体浊度,采用通量守恒原理,使用横向均匀、垂向时变的网格,经过时间和空间插值,计算得到大小潮期间洋山港五个主要汊道断面的水沙通量。结果表明,在一个潮周期中,各断面基本上落潮历时大于涨潮历时,但小潮时,断面3落潮历时稍小于涨潮历时。断面5是港区主要的进沙通道,且大潮时该断面净输水输沙方向相反。综合大小潮水沙通量结果,水通量基本守恒,港区内净进沙约5.44万m3/天(2008年8月),以此作为洪季的日平均净输沙量,则洪季港区内净进沙约489.4万m3(三个月),港区内局部表现为淤积。颗珠山汊道洪季净输出沙量约231.3万m3,是重要的出沙通道。     

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.     

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。     

洋山港海域余流分离和会聚现象研究

洋山港海域岛链峡道具有下层水体余流分离现象和会聚现象两个主要特征，它们对峡道内的悬沙浓度分布、底质沉积物分布和海床冲淤均产生显著影响。悬沙浓度在余流会聚区呈现高浓度特征，在余流分离水域具有低悬沙浓度趋势。余流分离和会聚现象使砂质沉积物在峡道西部集结并形成大型沙体，余流会聚现象导致了峡道西部粘土沉积区的形成。余流分离现象是峡道深槽形成的主要原因，余流会聚现象是峡道西部浅滩区形成的主要原因。洋山港北港区工程将会使峡道西部海床淤浅，东部深槽加深。     

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。     

金塘水道的悬沙输运和再悬浮作用特征

根据1986年秋季和1987年春季金塘水道内十个站点的大、中、小潮的流速和悬沙浓度的同步观测资料,利用悬沙质量守恒原理,分析了金塘水道的悬沙输运和再悬浮作用特征。水道与外海的悬沙交换、水道内悬沙与底质的泥沙交换分别使水道内的悬沙质量平均每小时发生2%~10%和7%~14%的变化,前者小于后者。水道与外海进行悬沙交换时,水道向外海输出悬沙,大潮周日输出的悬沙质量比小潮大2个数量级。在悬沙与底质的泥沙交换过程中,大潮和中潮以再悬浮作用为主,小潮以沉降作用为主,在一个大小潮周期中,再悬浮作用强于沉降作用,水道底床发生侵蚀。再悬浮通量与流速、(τ-τcr)/τcr具有一定的正线性关系(τ为底部切应力,τcr为临界再悬浮切应力)。再悬浮系数处于10-4kg.m-2s-1量级,与(τ-cτr)/τcr不具有明显关系,底质沉积特征是影响再悬浮作用和再悬浮系数的重要因素。     

黄河河口海岸近岸带水体含量的横向分布

基于波浪掀沙和流输沙的物理图形，本文根据能量平衡方法和扩散理论分别推导得出了破波区内外含沙量的横向分布表达式，研究结果表明，破波区内趋近岸线的含沙量并不为零，与实测资料相吻合，采用泥沙扩散议程计算破滤区外的含沙量的横向分布，弥补了Fick扩散模型不考虑泥沙沉速的不合理性。     

黄河河口海岸近岸带水体含沙量的横向分布

基于波浪掀沙和潮流输沙的物理图形，本文根据能量平衡方法和扩散理论分别推导得出了破波区内外含沙量的横向分布表达式。研究结果表明，破波区内趋近岸线的含沙量并不为零，与实测资料相吻合。采用泥沙扩散方程计算破波区外的含沙量的横向分布，弥补了Fick扩散模型不考虑泥沙沉速的不合理性。     

往复流作用下悬移质泥沙运动规律的数值研究

本文从水沙两相紊流的双流体数学模型出发,采用直接数值计算的方法,研究了海床面附近边界层内往复流对悬移质泥沙运动的影响。研究方法的有效性通过典型问题的流速分布、紊动能量分布以及泥沙浓度分布的计算结果和实验观测结果的比较得到了良好的验证。本研究还探讨了往复流条件下各类相间作用力的时空变化规律及其对悬移质泥沙运动的影响。     

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。