淤泥质海岸波生流动力机制及三维模拟研究

淤泥质海岸底坡极为平缓,波浪传播时浅水变形与破碎均不显著,且粘性床面可使波能向岸持续耗散,波浪传播特性的不同使其催生的波生流态与沙质海岸具有明显差异,但当前对其机理缺乏深入探讨.采用基于过程的波生流三维计算模式,以连云港海区为例,对波生流运动规律进行了模拟与分析.研究结果显示淤泥质缓坡海岸波生流影响范围较远,可延伸至深水区,但与沙质海岸相比,其流速不高、底部离岸流不明显.在波浪垂向紊动掺混作用下,垂向流速梯度随波高增大而变得均匀.波生流影响程度随入射波高增大而增大,在大浪条件下,波生流的贡献已与潮流达到相近权重.     

波流共同作用下细沙粉沙质海岸复合沿岸输沙率计算

应用能量原理建立波浪作用下沿岸输沙率公式时,通常采用波浪的“载沙量”与沿岸流的乘积推导而得.对于一般的沙质海岸,由于岸滩坡度较陡,波浪破碎带较窄,破波带内潮流流速与破波产生的沿岸流相比较小,常可忽略.而对于细沙粉沙质海岸,岸滩坡度相对较缓,风暴潮期间,近岸波浪较大,破波水深较深,破波带较宽,近岸潮流流速也较大.因此,细沙粉沙质海岸风暴潮期间波浪和潮流共同作用下的复合沿岸输沙率计算应当考虑波浪和潮流的共同作用.在以往波浪作用下沙质海岸沿岸输沙率研究的基础上,通过波浪潮流共同作用下近岸水流特性和沿岸输沙率特性港池试验研究,得出了波流共同作用下复合沿岸流计算公式,据此,将能量输沙原理导出的沿岸输沙率计算公式推广应用到波流共同作用下的复合沿岸输沙率计算,经与模型试验结果和现场实测资料对比,吻合良好.该公式可以有条件地推广应用到细沙粉沙质海岸波浪潮流共同作用下复合沿岸输沙率计算.     

鄱阳湖实体动床模型设计

模型沙选择是动床模型设计的关键因素.鄱阳湖模型变率大、入湖泥沙细,动床模型宜选用轻质模型沙.本文采用泥沙运动相似条件的研究成果,进行模型沙粒径比尺的初步设计,结合水槽起动流速试验,选取适合的模型沙,并和国内几种轻质塑料沙起动流速计算公式对比,推荐了估算塑料沙起动流速的计算公式.经选取的模型沙满足起动流速相似,全沙相似条件较好,各相似比尺合理,为提高动床模型试验模拟精度奠定了基础.     

流速泥沙收集器水力实验

泥沙收集器通常被用来测定河流输沙率。美国的Helly-Smith(H·S)推移质采样器大概是应用最普遍的一种便携式拦沙坑型直接测量仪器。相反,拦沙坑很少用于海岸研究中,尽管存在浪击区的模拟输移水流及准单向和准稳定海岸流。在典型的沙质海滩上,水流把细沙带到沿岸中度粒径和其他的泥沙中,形成高浊度和波浪作用下混合很好的河床质和悬浮泥沙。     

定床泥沙示踪试验述评及示踪沙设计示例

本文对于利用河工定床模型,摸拟原型为动床的泥沙颗粒运动的示踪试验,在模型相似方面所存在的问题,以及应用这种定床泥沙示踪试验成果于实际工程时应该注意的问题,提出了意见。定床泥沙示踪试验的模型设计,在模型几何比尺和模型沙材料已经确定的条件下,便归结为示踪模型沙粒径比尺的确定问题;但在这方面存在一些值得讨论的问题,以往的研究很少涉及。本文按照示踪试验的要求和需要摸拟的泥沙临界运动状态——起动、悬移和扬动等,提出了各自应该满足的相似条件和粒径比尺关系式,并列举设计示例以供参考。     

变态动床泥沙模型紊动相似和阻力相似研究

河流动床泥沙模型试验有两个亟待解决的难题,即,如何考虑水沙之间相互作用的紊动相似,以及如何满足大变态率动床边界的阻力相似.本文根据水沙两相紊流理论,研究了泥沙紊动相似条件;导出含沙量比尺.在动床阻力相似方面,研究了床沙可动性、河型及床面层流态相似条件;提出床面阻力系数修正比尺,修正相对水深影响.     

河流海岸研究所

河流海岸研究所（河港研究所）是国内最早从事潮汐、波浪及河流动力和泥沙模型试验,首家进行不规则波试验,首次进行不稳定流流域防洪试验、潮汐泥沙和潮汐水流中污染扩散等试验的单位,在国内首创了全沙模型及波浪和潮流共同作用下的浑水动床泥沙模型相似律,在泥沙运动规律、物理模型相似理论和试验技术等方面具有较高水平,尤其是在泥沙物理模拟技术上处于国际领先地位。     

床面粗化层粒径级配的研究

本文研究了清水冲刷条件下宽级配非均匀床沙粗化的规律性。研究中不仅考虑了水流的紊动性和泥沙非均匀性对其起动规律的影响,而且还考虑了不同粒径泥沙起动引起水流相对脉动强度的变化。通过试验,分别就单峰型和双峰型初始床沙级配,给出了粗化后床面层粒径组成的计算方法,并与已有的试验资料和计算结果进行了比较。     

紊动和温度联合作用对黏性泥沙絮凝沉降影响试验研究

河口海岸地区,黏性泥沙絮凝沉降特性对泥沙输移起着重要作用。影响黏性泥沙絮凝的因素很多,其中水体剪切和温度是两个重要因素。利用一种温度和紊流同时可控的泥沙沉降观测实验装置,以高岭土为实验材料,研究了紊动和温度联合作用下对黏性泥沙絮凝沉降的影响规律。研究发现弱紊动条件下,随着温度的升高,高岭土浓度变化越快;强紊动条件下,温度对浓度变化的影响不明显。絮团粒径随温度升高而增大,随着紊动强度的增加先增大后减小。相同剪切率条件下,絮团沉降速度随温度的升高而增加;相同温度条件下,絮团沉降速度随紊动强度的增加先增大后减小,主要是由于小剪切强度条件会促进絮凝,而剪切率增大能抑制絮凝,导致大絮团破裂形成小絮团。     

推移质动床模型粒径比尺计算式选择

描述泥沙起动的方法可分为以起滚流速为参数和以起动拖曳力为参数两大类，由这两类方法推导得到的模型沙粒径比尺计算式是不一样的，实际应用时，如何选取粒径比尺计算式是民须回答的问题。首先根据两种粒径比尺计算的推导过程，弄清了各自成立的物理条件，依照变态模型水流惯性力相似和阻力相似的应满足，用动床模型中阻力相似须由模型沙自身糙度满足条件，推导得到模型变率值与模型沙特性之间的关系式，最后指出：泥沙地起拖曳力公     

黄河下游宽滩河段泥沙均衡配置方法

黄河下游宽滩河段具有重要的滞洪沉沙作用,为了维护黄河下游河槽均衡稳定,治理"二级悬河",合理利用泥沙资源,开展了黄河下游宽滩河段泥沙均衡配置研究。提出了黄河下游宽滩河段泥沙均衡配置方法,通过黄河下游宽滩河段泥沙配置层次分析,确定泥沙配置目标和评价指标,分析了黄河下游宽滩河段泥沙均衡配置的配置方式、配置单元和配置能力,并建立了黄河下游宽滩河段泥沙均衡配置数学模型。     

黄河口海岸演变规律

利用观测资料,总结了在黄河水沙、波浪、海岸工程等因素作用下黄河口海岸的演变规律。研究发现：①黄河三角洲海岸演变不仅受黄河水沙、潮汐、潮流的影响,而且还明显受波浪、海岸工程等因素的影响;②黄河三角洲海岸演变的趋势是朝着垂直于东北强浪的方向发展;③刁口河停止行河后河口海岸蚀退的原因不仅是河流泥沙减少,而且还有海堤在波浪作用下引起的侵蚀。建议：①黄河三角洲社会、经济、生态等规划应给黄河口流路充分的空间,而且黄河口流路安排应遵循“先在三角洲两侧、后在中心”的顺序,这样可以充分利用渤海容沙体积,减缓黄河口淤积延伸对黄河下游河道的反馈影响;②近期把清水沟尾间河道改向莱州湾。     

条子泥二分水滩脊地貌动力与演变特征研究

通过对条子泥二分水滩脊的现场水文调查、滩面表层沉积物采样、断面高程测量等实测资料的分析整理,并结合近几十年来的遥感卫星图片资料,研究了条子泥二分水滩脊的地貌特征、沉积特征、水动力特征及其历史演变规律.结果表明:(1)二分水滩脊自西向东方向呈斜坡式下降,坡度约为0.64％,平均高程约为0.5m,脊部宽约1km,将条子泥沙洲分隔为南北两大地貌单元;二分水滩脊表层沉积物以砂质粉砂为主,自堤向海方向沉积物逐渐变粗.(2)测量期间落潮平均流速大于涨潮平均流速,流速自表层向下逐渐减小,涨、落潮最大流速均出现在表层;涨潮平均含沙量大于落潮平均含沙量,涨、落潮最大含沙量均出现在底层;涨潮单宽平均输沙量为1.30 kg,落潮为1.07 kg,表明沉积物来源丰富.(3)二分水滩脊位置并不固定,1974年以前二分水滩脊在蒋家沙-铁板沙一线近似呈直线条带状分布,此后逐渐北移,至2000年北移约15 kn至条子泥内缘区中部一竹根沙一线;2000年至今逐渐南移4.5 km.     

A field study of nearshore environmental changes in response to newly-built coastal structures in Lake Michigan

In this study, we monitored changes of cohesive nearshore environment including bluff and lake bottom/bed response to newly-built coastal structures with a thousand-meter-long revetment in Lake Michigan shoreline over a six-year study period. Sequential aerial photos showed that excessive slumping occurred only on the south bluffs and no bluff recession in the middle areas with coastal structures. Field measurements using our recently developed integrated geophysical techniques provided information on bathymetry, sand layer thickness, and lakebed downcutting over the nearshore reach of Concordia University in Lake Michigan. During the study period, the bathymetry profiles at the study site fluctuated dynamically, especially in the regions outside the shoreline structures, suggesting continuous and ongoing sediment erosion and deposition. The lakebed downcutting in front of the newly-built coastal structures is correlated with CWIH (cumulative wave impact height). Significant differences of lakebed downcutting in the north and south natural beach regions were revealed and may be associated with the nearshore sediment budget. The southwardly dominant longshore current maintains the equilibrium state of beach profiles in the north region, but the coastal structures prevent sediment supply from the well-protected bluffs in the middle region to the south region. The possible source of sediment supply in the south region is therefore from lakebed or bluff materials, supported by excessive bluff failures and lakebed downcutting. Overall the newly-built coastal structures seem to pose negative impacts on bluff stability at the south shore of the coastal structures.     

港珠澳大桥对伶仃洋滩地演变影响试验研究

介绍了珠江河口整体潮流泥沙物理模型的主要特点.通过清水定床、局部动床及悬沙淤积试验,研究了港珠澳大桥修建后对伶仃洋滩地演变的影响.研究结果表明:港珠澳大桥修建后对河道的行洪、排涝有一定程度的影响;伶仃洋海区涨落潮主流没有明显改变.工程后主流区附近桥址断面局部河床将出现明显的冲刷调整.与无工程相比,工程后伶仃洋各主要浅滩10 a累积淤积厚度有所增大,但量值较小;主要浅滩发展速度呈增大趋势,但变化幅度不大.工程实施后,伶仃洋三滩两槽的总体格局基本保持不变.     

黄河包头河段泥沙模型设计

针对黄河泥沙多且变化大的特点，采用泥沙运动相条件的最新研究成果，完成了黄河包头河段动床模型沙选择和比尺设计，利用原型实测资料进行的验证试验，表明模型小河较好地复演了原型河势，水沙运动规律及河床冲淤变形等。     

海岸底床剖面演变模拟与分析

近岸水下沙坝的位置与高度是河口海岸底床变化的主要原因,波浪与地形之间的耦合与反馈造成了沙坝向海连续迁移。使用LITPACK的添加模块LITPROF模拟沙质海岸剖面形态变化主要是沙坝的形成与迁移,通过模拟不同波浪入射角及剖面坡度对沙坝形成与迁移的影响,得出沙坝主要在波浪破碎点处形成,波浪入射角增大,沙坝离岸迁移越快;底床坡度越陡,沙坝产生与迁移越快,岸滩变形也越大。     

黄河河道萎缩及其对洪水演进的影响

由于近几年黄河来水来沙偏少，下游河道连年断流、高含沙洪滴水频繁发生，造成黄河干、支流下游河槽连年淤积，断面主槽缩窄，滩槽高差减小，过洪能力降低，漫滩流量减小，同流量水位偏高。河道萎缩使漫滩机遇增多，洪峰削减率大，洪水传播时间延长，威胁堤防安全。     

黄河下游治理方略演变及综合治理前沿技术

较为全面地回顾了我国黄河下游治理方略的演变,着重介绍了黄河下游治理的最新科研成果——流域"分区治理"新方略.新方略将黄河河道至大堤之间的流域空间依次划分为生态移民安置区、高效生态农业区和生态湿地等功能区,利用泥沙放淤、挖河疏浚等技术手段实施滩区再造,建设嫩滩、二滩和高滩,以达成洪水分级设防、泥沙分区落淤、滩槽水沙自由交...     

冬、夏季北黄海悬浮物分布特征

利用国家908专项ST02区块(北黄海)水体专项调查2007年夏、冬资料,应用浊度观测资料对悬浮物质量浓度进行线性拟合,得到较好的反演结果。在北黄海海域选取了具有代表性的9个断面,利用反演的悬浮物质量浓度,综合温度、盐度等水文要素,辅以冬、夏季山东半岛沿岸流、北黄海冷水团和黄海暖流的季节变化特征,着重分析了冬、夏季北黄海悬浮物分布特征、形成原因以及季节变化。研究结果表明,冬、夏山东半岛北部沿岸、成山头海域和老铁山水道以及旅顺湾附近海域始终为高悬浮物浓度区,呈现出近岸高,离岸低,底层高,表层低的态势。夏季,水体垂向层结显著,受北黄海冷水团以及沿岸流的作用,老铁山水道附近及山东半岛北部沿岸的高悬浮物浓度值区基本不能进入北黄海,只能沿岸分布,并且由于海底底质为粘土质以及沿岸流的共同作用,成山头附近海域悬浮物浓度值很高,但基本为局地再悬浮,没有向外输送的趋势。冬季受强劲东北风的影响,水体垂向混合均匀,悬浮物浓度值比夏季高得多,悬浮物的分布受黄海暖流、沿岸流以及地形的影响,特别是成山头附近海域,存在一个显著的高悬浮物浓度值区,并具有向南输送的特征。