浮泥水域水流挟沙力公式初探

浮泥发育水域水体的含沙量通常变幅较大,无法与水流流速建立良好关系.在分析浮泥水域含沙量时空变化特征及常用挟沙力公式的基础上,提出了以浮泥重度为参数的挟沙力公式.该公式建立了浮泥水域水体含沙量与浮泥床面泥沙条件的关系,使泥沙数学模型中泥沙输运过程的数值模拟结果更加符合实际情况,有助于提高泥沙数值模拟精度.     

水流挟沙力的影响因素及其BP网络模型

分析了水流挟沙力的影响因素,即含沙量、流速、温度、中值粒径以及泥沙颗粒的非均匀系数,建立了计算水流挟沙力的BP网络模型。经过模型检验发现,计算值与实测值符合程度较高,平均误差为22.7%,远小于一般挟沙力公式的计算误差,表明该模型是可以用于水流输沙能力计算的。     

基于两相流模式的水流挟沙力研究

水流挟沙力是泥沙研究中一个重要课题,是指在一定水流和边界条件下单位水体能够输移的饱和含沙量。当水流挟带的泥沙量与挟沙能力匹配时,河床不冲不淤;当水流挟带泥沙量与挟沙能力不匹配时,水中泥沙将与河床泥沙发生动态交换,床面淤积或冲刷,对河流床面高程产生影响。作者从考虑悬移质含沙浓度的水沙两相流基本方程出发,导出两相流瞬时能量方程并由此建立新型水流挟沙力公式,收集水流挟沙力水槽试验资料对公式中的系数进行率定。采用另外一些水槽试验资料及河流观测资料对所推求挟沙力公式进行验证,结果表明本文建立的水流挟沙力公式对低含沙水流有较高的适用性。     

复式断面河槽流速横向分布及其对滩唇形成的影响

通过对水流微小控制体进行受力分析,建立了复式断面流速横向分布模型,该模型考虑了侧向副流惯性力的影响。采用实验资料对该模型进行检验,模型计算值与实测值符合较好。运用该模型计算了不同条件下复式断面流速和挟沙力的横向分布,并定量分析了横向分布特性对滩唇形成的影响。分析表明,水流漫滩时,复式断面的横向挟沙力变幅较大,尤其是在主槽和河漫滩交界处,挟沙力减小迅速,而含沙量减小相对较小,泥沙发生淤积,容易形成滩唇。单从水流挟沙力角度考虑,水流漫滩后水深越小、滩槽的糙率差越大,越容易形成滩唇。     

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。     

黄河下游低含沙水流挟沙力研究

冲积河流在低含沙水流冲刷后，床面粗化使水流挟沙能力下降现象十分明显。三门峡水库蓄清排浑运用后，黄河下游河道汛期淤积、非汛期冲刷，同样由于断面展宽，床面粗化及悬沙组成也变粗，使得水流挟沙力急剧下降。因此讨论低含沙水流冲刷条件下的水流挟沙力是评估水库下泄大流量冲刷下游河道效果的关键问题。通过试验及野外资料提出的低含沙水流挟沙力公式，它形式简单，与已有公式不同的是，它反映了河道边界条件(即坡降、床沙粗细及断面形态)及泥沙特性对挟沙力的影响。经黄河下游实测资料验证满意，可用以定量估算下游大流量低含沙量时冲刷的减淤作用及艾山-利津河段不淤(或微冲)需要的临界流量。     

台风“山竹”过境期间伶仃洋潮流悬移质变化研究

针对台风过境期间伶仃洋潮流悬移质变化特征及其机理,根据珠江河口原型观测站在“山竹”台风期间的实测气象和水文数据,对比分析台风过境前与过境期间伶仃洋流速流向、波高和含沙量的变化特征。通过计算波浪剪切应力与波-流联合剪切应力,分析悬移质与波浪和潮流的响应机制。研究结果显示,台风期间的风、潮流、波浪、含沙量和输沙量较平常条件时呈倍数增长,水域的平面流速分布和垂向流速结构均发生明显改变。波-流联合剪切应力与含沙量呈明显正相关,受台风影响,波-流联合剪切应力急剧增大,掀起河床底部泥沙颗粒,是水体含沙量快速增大的主要原因。     

关于沉沙池计算中的水流挟沙力

一度流超饱和输沙法是考虑了超饱和输沙特点的泥沙沉降计算方法．沉沙池内水流挟沙力是一定水力和床沙组成条件下水流挟带床沙质的能力．从已建沉沙池沉降标准、池内设计水流水力以及床沙组成条件来看，沉沙池运行前期、中期水流挟沙力一般都很小．用一度流趋饱和输沙法计算沉沙池沉降率时可不考虑水流换沙力的影响．均匀流条件下，用不考虑挟沙力和考虑挟沙力的一度流超饱和输沙法分别计算沉沙池的沉降率，二者相对误差取决于挟沙力与进口含沙量之比，该比值小于0．2时，相对误差小于20％．沉沙池内挟沙力与进口含沙量之比小于0.2时，用一度流趋饱和输沙法计算沉沙池的沉降率，可不考虑水流挟沙力的影响．     

区域水利灌溉渠道中水利挟沙力模型研究

目前,通过计算水流流速、水流剪切力、泥沙沉速、泥沙容重4个参数建立的水利挟沙力模型,得到的水利挟沙力值与实际值拟合度低,因此提出区域水利灌溉渠道中水利挟沙力模型研究.计算水流流速、水流剪切力、水流功率等水流强度参数,并采用无因次化消除参数计算范围,将其转换为无纲量形式;依据泥沙处于河流中受到的影响因素,计算灌溉渠道糙率...     

黄河悬移质非均匀不平衡输沙挟沙力计算

基于非均匀非平衡状态下挟沙力级配的研究成果,利用系统的黄河干支流资料,进行了混合沙挟沙力与实测含沙量符合性的对比分析。表明在非均匀沙不平衡输沙条件下挟沙力级配不同于悬沙级配,用挟沙力级配计算挟沙力更确切反映黄河干支流泥沙多来多排的输沙特点,说明该项研究成果在理论上是必要的,在实际中是可行的。     

基于SWAN和ECOMSED模式的大风作用下黄骅港波浪、潮流、泥沙的三维数值模拟

根据黄骅港外航道淤积问题的具体情况,本文采用三维细颗粒泥沙的ECOMSED模式对黄骅港海域的潮流、泥沙进行了模拟。数值计算结果与潮流为主要动力条件的现场实测结果进行了比较,二者吻合较好。在此基础上,本文采用SWAN风浪模型和ECOMSED对黄骅港骤淤进行了数值模拟,并与收集到的现场实测资料进行比较,也得到较好的结果。数值模拟显示,波浪是造成黄骅港外航道泥沙淤积的主要动力因素;在以波浪为主的动力条件下,含沙量在波浪破碎带达到最大,并且沿水深变化梯度较大。破碎带当地的泥沙跨过航道落淤是黄骅港外航道淤积的主要原因,岸边泥沙随落潮流下泻不是黄骅港外航道大风骤淤的主要原因。     

Experimental research on unstable movements of sandbars under wave actions

This study is motivated by recognition of complex sandbar evolution patterns under wave actions inside the surf zone. A series of physical model experiments were conducted in a wave flume to investigate sandbar migration under various wave conditions, including wave groups, regular waves, and random waves. It was observed that under certain wave conditions sandbars move alternately shoreward and seaward rather than continuously in the same direction. The measurements show that the unstable movement of sandbars is closely related to the amplitude modulation of waves. Smaller amplitude modulation tends to produce more intense unstable bar movements. Data analysis further shows that the sandbar migration does not seem to be a passive response of the sea bed to wave forcing, but is most likely caused by the feedback interaction between waves and bed topography.     

综合考虑多种变形因素的近岸多向不规则波传播数学模型-I.模型的建立

根据线性波动的叠加原理和波浪方向谱理论,作者在综合考虑环境水流(水流因子)、非线性弥散影响(非线性因子)、底摩擦波能损失(底摩擦因子)、非缓坡地形影响(地形因子)、折射、绕射的近岸规则波传播基本方程的基础上,推导出了综合考虑多种变形因素的近岸多向不规则波传播变形的基本方程。使用有限差分作为数值方法,给出了波浪破碎和障碍物后边界的处理方法,建立了综合考虑环境水流(水流因子)、非线性弥散影响(非线性因子)、底摩擦波能损失(底摩擦因子)、非缓坡地形影响(地形因子)、折射、绕射、波浪破碎、障碍物影响的近岸多向不规则波传播变形数学模型。该模型以组成波的谱值及波向为变量,在实数域内求解,适合大面积海区波场计算。     

杭州湾沉积物宏观输运的数值模拟

用Delft3D模拟了杭州湾水动力和粘性沉积物输运过程,探讨了沉积物宏观输运和地貌演变的物理机制。忽略波浪作用,假设底质均一,不考虑粘性沉积物的底部固结作用,建立杭州湾粘性沉积物输运的数值模型。计算结果显示,模型能够反映杭州湾沉积物输运的宏观规律,再现了杭州湾悬沙浓度分布"三高两低"的特征、水体和沉积物"北进南出"的输运格局以及杭州湾总体上受控于淤积的地貌演变过程。杭州湾的沉积物输运主要受浅水分潮潮波变形引起的潮汐不对称性控制,该区潮波自东南向西北的传播方向、舟山群岛对涨潮流的阻隔效应、杭州湾喇叭形态的约束作用等因素造成"北进南出"的水沙输运特征。杭州湾与欧洲斯凯尔特河口狭长型的河口的沉积物输运路径有明显差异。     

连云港口门防波堤建设对航道回淤影响数值研究

以连云港海区为例,建立潮流、波浪共同作用下的泥沙运动数学模型,应用年平均含沙量场作为依据对临界冲刷切应力和冲刷率进行率定,并利用实测资料对模型进行验证。在模型基础上研究了口门防波堤建设对年平均含沙量场及进港航道回淤的影响,分析了工程后平均含沙量场的分布形式和航道回淤强度的沿程变化规律。结果表明防波堤修建后,口门处含沙量较高,并向港内和外海逐渐降低,航道回淤强度分布形态与航槽内含沙量分布形态相似;航槽第二年回淤率低于第一年。     

波浪潮流共同作用下长兴岛海区二维悬沙输运数值模拟研究

根据近岸地区波浪、潮流与泥沙运动的规律,把波浪运动概化为在潮周期中具有时均意义的波浪流分布场,将波浪辐射应力以及波流底部剪切应力耦合到潮流运动方程和悬沙输运方程中,建立了非结构网格下近岸波浪和潮流共同作用下的二维悬沙输运数值模型。时间离散采用欧拉向前格式,空间离散采用有限体积法的显式格式。将模型应用于矩形海湾实验和大连长兴岛附近海区悬沙冲淤过程的实际算例。结果表明:波浪对潮位影响很小,但是对近岸流速有较为明显的影响;波流共同作用对近岸泥沙浓度影响比单纯考虑潮流作用可提高40%～100%的幅度。     

三门湾下洋涂围垦工程堤前波浪要素分析

分析了三门湾下洋涂海区的海域特征,采用波浪折射和绕射数值模拟,表明下洋涂的西南围区受外海混合浪的影响较大。为此,采用风浪生成模型摸拟了局部海域的风浪,结果与实测结果较为一致。从而建议下洋涂围区的设计波要素取值外海浪和局部风浪共同作用段,采用H=!H12 H22计算堤前合成浪的波高。     

波浪对渤海近岸海冰冲击作用的数值模拟

海冰在波浪冲击作用下可能会发生断裂,通过数值模拟定量地描述波浪引起的海冰断裂对海工结构的运行安全以及分析海冰断裂处海水与大气之间的热交换有重要作用。该文利用建立的三维数值波浪水池,将海冰视为刚性平板,结合渤海冬季海冰、波浪的相关参数,研究海冰受波浪冲击的垂向冲击力、水平冲击力、弯矩和最大弯曲正应力随波高、冰长及冰厚的变化规律;并结合渤海海冰的弯曲强度,推断海冰发生断裂的极限参数,结果表明:在渤海海域某些特定条件下,海冰断裂极限波高、冰长和最小冰厚分别为0.504 m、4.273 m和0.098 m。     

NUMERICAL SIMULATION OF SEA SURFACE DIRECTIONAL WAVE SPECTRA UNDER TYPHOON WIND FORCING

Numercial simulation of sea surface directional wave spectra under typhoon wind forcing in the South China Sea （SCS） was carreid out using the WAVEWATCH-Ⅲ wave model. The simulation was run for 210 h until the Typhoon Damrey （2005） approached Vietnam. The simulated data were compared with buoy observations, which were obtained in the northwest sea area of Hainan Island. The results show that the significant wave height, wave direction, wave length and frequency spetra agree well with buoy observations. The spatial characteristics of the signifciant wave height, mean wave period, mean wave length, wave age and directional spectra depend on the relative position from the typhoon center. Also, the misalignment between local wind and wave directions were investigated.     

台州湾近海海域波浪要素特征分析

波浪要素的观测及分析对港口码头设计、航道建设、围垦工程等都尤为重要。为研究台州东部新区临时航道疏浚工程对周边涉水工程的影响,采用SZF型波浪浮标,在工程海域进行为期一年的波浪观测,并对实测的波浪要素进行统计分析。结果表明:台州湾全年以东北向波浪居多,东向浪最大,可高达5 m。波高主要集中在0.5 m~1.0 m范围,波周期集中在3.0 s~4.0 s范围。春季浪向分散,夏季浪向集中在S向,秋冬季浪向相似,N为主波向。受台风影响,夏秋季有大浪出现。