波状水跃和波状涌潮的分析

推导了涌潮中尺度方程，并利用此方程，分析水跃和涌潮的性质，对于水跃和涌潮，色散与耗散两种效应强弱的价值依赖于Ｆｒｏｕｄｅ数的函数，存在着两个临界值，当跃前Ｆｒｏｕｄｅ数大于第一个临界值时，水跃和涌潮从单调形态转化为波动形态，随后，波陡随Ｆｒｏｕｄｅ数增大，当Ｆｒｏｕｄｅ数大于第二个临界值时，自由表面破碎，波状涌潮转化为强涌潮，对于涌潮，绝对流速，即落潮流速，对色散波的周期，波长与振幅也有影响。数值     

基于实测资料的钱塘江涌潮水动力学特性研究

基于近年来钱塘江河口三次涌潮观测资料,系统分析了钱塘江涌潮的水动力学特性,计算了涌潮到达时刻的Froude数,结果显示可用Froude数判别涌潮形态,并建立了计算涌潮潮头陡度的解析公式,复演了涌潮到达时潮头陡度急剧增加的过程.研究表明:涌潮的沿程潮位、涨落潮历时和流速等特性受河口沙坎地形影响明显;流速的垂线分布大潮期间在潮到后一小时内以抛物线分布为主,其余时间以对数分布为主,而在中小潮时涨、落潮阶段均以对数分布为主;垂向流速比纵向流速小一个量级,当涌潮到达时刻急剧增大;潮头高度与当地潮差存在良好的正相关关系.     

涌潮测控系统在涌潮水槽试验中的应用

从Bore 2010涌潮测控系统的基本原理出发,介绍了该测控系统在涌潮水槽试验中的应用。在涌潮水槽试验中,Bore 2010涌潮测控系统通过调节上下游变频器运行频率来控制涌潮潮前水深的稳定,使水体具有一定大小的潮前落潮流速。在这种工况条件下,增加下游变频器不同的运行频率产生了波状涌潮或漩滚涌潮,符合涌潮实际情况。通过各种潮前水深、潮前落潮流速和涌潮高度多方案试验研究,表明Bore 2010涌潮测控系统能很好地应用于涌潮水槽试验。     

涌潮的水槽模拟及验证

在涌潮玻璃水槽中,通过调节水槽两端变频器的频率控制潮前水深的稳定,使水体具有一定的潮前落潮流速,并以此为工况,增加下游变频器不同的运行频率模拟各种强度的涌潮,测试涌潮的传播速度、涌潮高度、流速垂向分布等水动力学特征参数,捕捉涌潮形态.在此基础上,选用2010年10月钱塘江河口盐官河段的现场实测资料对试验结果进行比较分析,结果表明涌潮水槽试验结果与盐官河段实地观测资料匹配良好.这说明涌潮玻璃水槽物理模型能成功模拟涌潮,适用于涌潮的测试研究.     

波状床面消力池水跃特性试验分析

研究波状床面水跃共轭水深和水跃长度对于波状床面消力池的设计极为重要。根据已有文献关于波状床面消力池水跃特性的试验资料,分析波状床面消力池共轭水深、水跃旋滚长度、水跃长度和水跃区消能率随跃前断面弗劳德数、壁面粗糙高度、跃前断面和跃后断面水深的变化规律。给出了波状床面水跃跃后水深的半理论公式和水跃旋滚长度、水跃长度的拟合公式,并对其进行验证,水跃共轭水深的平均误差分别为4.5%和3.3%,水跃旋滚长度和水跃长度的平均误差分别为7.4%和5.9%。研究表明,水跃跃后水深和水跃长度不仅是跃前断面弗劳德数的函数,还是壁面粗糙高度的函数;波状床面消力池水跃区消能率远大于一般混凝土壁面消能率,在相同弗劳德数情况下水跃区消能率随着壁面粗糙高度的增加而增加。     

长江口北支涌潮现状分析

近年来,长江口北支中段新村沙整治和海门中下段围垦等工程的实施,使北支河宽不断缩窄,边界条件发生了变化,径潮流动力条件也随之发生变化。为了解近期北支涌潮的特性,采用自记潮位仪采集潮位数据、人工岸边观测潮头、抛设浮标观测流速以及快艇迎潮头(潮头追快艇)的形式观测涌潮。结果表明:涌潮主要发生在浅滩区域,包括青龙港上游及崇海汽渡上游浅滩处,涌潮高度分别约为0.63 m和0.74 m,在灵甸沙至崇海汽渡上游浅滩仍然存在一线潮现象。掌握涌潮生成、增强、衰弱及消失的大概位置,分析涌潮成因、形态和特点,能够为深入研究北支中上段河床冲淤变化与其特殊水动力条件间的相互作用机理提供基础资料,进而为稳定北支河势、合理开发利用北支航道提供技术支撑。     

基于SPH法的正弦形消力池底板水跃现象数值模拟

利用光滑质点水动力学法(SPH方法)对正弦形消力池底板上的水跃现象进行数值建模,共模拟2种波形5种工况。将SPH方法的模拟值与已有文献的试验值作对比,验证数值模型及数值方法研究此类问题的可行性和适用性,并分析水面线、流速分布、跃长、共轭水深、消能率等水跃特性的变化规律。结果表明:SPH方法模拟结果与试验结果吻合度较高;水跃段流速分布不均匀、自由表面波动较大,且流层间存在相对运动从而形成旋滚,同等条件下随着弗劳德数的递增,掺气量和自由表面破碎现象越来越剧烈,旋滚的影响范围逐渐变大;正弦形底板消能率较光滑底板提高10%左右且所有工况消能率均在47%以上。     

基于定点连续观测的钱塘江涌潮特性研究

本文基于天文大潮期间钱塘江涌潮河段定点连续实测的最新资料,对钱塘江涌潮的潮位、潮流、盐度和浊度等特性参数进行分析研究。潮位、平均流速、垂向分层流速和盐度、浊度变化数据表明:涨落潮期间该河段的潮位呈双峰变化过程,涌潮抵达时水位骤然升高,之后下降,约40.0 min后,水位再次开始升高至高潮位,涌潮到达约3.5 h之后逐渐变为憩流;涌潮Fr为1.10,涌潮形态呈现为波状涌潮且水波较弱。涌潮到达瞬间,流场整体发生转向,流速大于涌潮前流速,且底层流速增大幅度大于表、中层,流速分层不明显。盐度在涌潮到达后约40.0 min后开始明显增大,与流速的改变相比存在一定的滞后,主要因为潮流入侵引起盐度增加。底层浊度随涌潮的到达而同步升高,主要是涌潮导致流场剧烈变化,引起床面冲刷和大量细颗粒泥沙悬浮;之后,浊度随涨潮流减弱而逐渐减小,憩流时达到最小,而后随着流速转向及退潮流增大而再次增大。该研究为钱塘江涌潮特性分析和钱塘江取水及岸滩冲淤防护等工程提供了科学依据。     

基于小威龙的涌潮流速高速采集系统设计

为了测量涌潮潮头形态及传播速度,将小威龙点式流速仪应用在涌潮玻璃水槽试验中,使用USB-4716数据采集模块,通过AD采样的方式进行多通道高速数据采集。     

采用逆行涨水波法计算涌潮遇建筑物时的壅高

采用明渠非恒定流解逆行涨水波的方法，对钱塘江涌潮遇高坝等凸出建筑物时的水位壅高进行分析计算，获得1．0～3．0m涌潮潮头高度和0．5～4．0m低潮位水深时的水位壅高值，并为验证计算的确切成果，进行了2个实例核算，结果较为一致。进而为钱塘江强潮河段设计堤顶高程和采取观潮人员安全保护措施提供参考依据，以确保堤防和观潮人员等的安全。     

Experimental hydrodynamic study of the Qiantang River tidal bore

To study the hydrodynamics of tidal bore, a physical modeling study is carried out in a rectangular flume with considerations of the tidal bore heights, the propagation speeds, the tidal current velocities, the front steepness, and the bore shapes. After the validation with the field observations, the experimental results are analyzed, and it is shown that: (1) the greater initial ebb velocity or the larger initial water depth impedes the tidal bore propagation, (2) the maximum bore height appears at an initial ebb velocity in the range of 0.5 m/s-1.5 m/s, (3) when the Froude number exceeds 1.2, an undular bore appears, after it exceeds 1.3, a breaking bore occurs, and after it exceeds 1.7, the bore is broken.     

钱塘江涌潮对风场响应的三维数值研究

台风作用下钱塘江涌潮观赏性强,破坏力大。结合台风期实测潮汐资料分析,基于三维数学模型研究了顺风和逆风条件下恒定风况对钱塘江涌潮水流的影响,得到了不同风况对涌潮高度、流速、传播速度和涌潮潮景的影响程度。顺风作用导致涌潮高度、流速和传播速度均增大,风速愈大,增加幅度愈大,涌潮流速沿水深分布愈不均匀。在顺风30 m/s风况下,盐官涌潮高度增加5%,涌潮流速增大33%,涌潮传播速度加快37%;顺风作用下,老盐仓回头潮更强,回头潮水位更高,反映了台风期间老盐仓经常出现回头潮翻越海堤堤顶的情况。逆风作用与顺风作用相反。计算结果与实际情况在定性上一致。     

钱塘江九溪涌潮重塑在工程实践中的探索研究

为保护钱塘江涌潮景观、减小涌潮危害,重塑钱塘江九溪涌潮,变潮害为潮景,使涌潮可赏、可控、安全。应用KFVS格式建立二维涌潮数学模型,在实测水文资料验证的基础上,计算优化方案实施前后的流场及涌潮传播特性,从构筑物近区涌潮高度、涌高明显的岸线长度和涌高明显的区域面积等3个指标综合评判涌潮重塑效果。通过物理模型试验,模拟涌潮的形成与传播过程,分析比较各方案实施前后工程区域附近涌潮传播过程的壅高、越堤等变化情况,进一步验证了重塑效果。研究结果表明,通过优化工程布局,采取工程措施,钱塘江九溪涌潮重塑具有可行性,既能保留九溪涌潮特性,又能实现安全观潮。     

一、二维耦合数学模型在感潮河网洪水风险图编制中的应用

为了解决感潮河网径流、潮汐交汇,动力复杂,溃决洪水难以用经验公式准确概化的问题,建立直接以溃口为耦合断面的河网一维、保护区二维侧向耦合模型,将感潮河网与保护区一体化,避免环境因素及经验参数的不确定性带来的溃口流量估算误差。典型算例和中顺大围溃决洪水情景模拟表明：洪水自溃口集中喷射出后分散流向围内,流态受围内下垫面影响显著,溃口水位、流量随外江潮位涨落而起伏变化,由溃口流量过程线计算所得溃口水量与根据淹没区各单元的面积和水深计算的围内总水量一致。模拟成果直接反映下垫面、水头差、潮位涨落,及溃口流态对溃决洪水的综合影响,反映出本耦合模型计算溃口流量及对溃决洪水模拟的合理性、可信性,具有较好的应用前景。     

涌潮对钱塘江河道流场影响的三维数值模拟研究

利用实测的钱塘江地形数据建立了钱塘江三维河道的计算机几何模型,并根据已有的涨潮潮位等水文信息,采用VOF方法追踪模拟水和大气的自由交界表面,对钱塘江涌潮进行了三维非稳态数值模拟。数值模拟结果与不同时刻和不同测点所测得的水文数据的对比显示,模型能较好地模拟涨潮条件下河道内流场和潮位的变化。在此基础上进行了涌潮对河道内流场影响的规律的研究。     

平面潮流数值模拟中底床摩阻系数的修正

本文从三维潮流运动控制方程出发，假定潮流垂直分布服从对数律，推得了一个较全面反映水深、水位变化梯度和流向等因素的摩阻系数修正表达式，理论分析和应用表明，运用修正后的摩阻系数，平面二维潮流数值模型更为完善，并能适用于陡变地形，从而使复演模拟和工程计算结果更为科学合理。     

钱塘江涌潮压力的分析与研究

对钱塘江涌潮的形成过程作了简单介绍，然后利用波浪力经验公式对涌潮压力进行计算并与实测的涌潮压力进行对比和分析，得出如下结论：（1）浅水长波理论和驻波理论可用于涌潮压力的初估；（2）实际的涌潮压力在以波面为零点的静水压力值附近波动；（3）涌潮动压力在低潮位偏下的位置达到最大值，然后逐渐减小。