长江口南支二维潮流数模及其在太仓围滩工程中的应用

首先，建立了适用于长江口南支河段的水深平均二维定潮流数学模型。然后，采用１９９４年８月３次实测潮流过程资料，对该数学模型的流场、潮位过程及流速过程进行了验证计算，计算表明：该数学模型能较好地模拟南支河段的潮流运动，数模方法及处理适当，证精度较高。最后，应用该数学模型计算了南支河段内仓围滩工程对防洪及流场的影响，为该围滩工程可行性研究提供了论证依据。     

兴化湾潮汐潮流特性及工程影响分析

福建省兴化湾内大量围填、疏浚工程建设直接影响湾内水动力环境。依据2009年2月水文观测资料,对实测资料进行分析,并利用潮汐调和分析、潮流准调和分析、潮流数值模拟等方法得到了兴化湾海区的潮汐、潮流特性以及湾内工程前后的潮位、潮流场和余流场特征。分析研究表明,兴化湾潮汐属于正规半日潮,浅水效应较弱;潮流为不正规半日潮流,浅海分潮作用较强;湾内潮波逐渐有驻波特征,形成湾内潮波的两股潮流流向稳定,呈往复流,其中兴化水道潮流涨潮占优,南日水道潮流落潮占优;工程实施后,基于调和常数的2013年7月潮位预报与实测潮位吻合较好,同时潮汐潮流性质不变,在港池、航道水域流速有所增加;兴化、南日两水道涨、落潮通量均减小,全湾纳潮量有所减少;湾内余流场整体不变,口门处涡漩有所加强。     

黄河口潮流数值模拟

应用二维非恒定流方程和破开算子法，数值模拟了黄河口附近海域潮流运动规律，并对动边界和潮位边界的处理作了探讨，实测资料验证表明，本文建立的数学模型能较好模拟黄河口附近的潮流场和潮位场。     

潮流不对称与推移质泥沙长期净输运

由统计学中的“偏度”概念出发,对潮流不对称的量化进行了探讨,进而将潮流不对称与推移质泥沙的长期净输运联系起来.在此基础上,对潮流不对称对推移质泥沙输运的作用机制进行了研究,并推导了利用潮流调和常数估算推移质泥沙长期净输运的方法.研究认为,产生潮流不对称的原因包括满足一定条件的分潮间的相互作用以及余流与分潮的相互作用,不同分潮组合对潮流不对称的贡献既与分潮间的相对振幅有关,又与分潮间的相对相位有关;对推移质泥沙输运而言,既包括同方向的分潮之间、分潮与余流之间的相互作用,又包括不同方向的分潮之间、分潮与余流之间的相互作用.由偏度结合推移质泥沙输沙公式导出的潮流不对称与推移质输沙之间的关系提供了一个由潮流调和常数估算河口推移质输沙的简便方法,经对比,该方法与直接采用推移质输沙率公式结果是一致的.     

长江口潮流不对称时空分布特征

河口地区的潮流不对称特性对近岸的泥沙输运、地貌改变有着很大的影响。但由于长期且高频的流速或流量数据较难获取,潮流不对称特性的研究较少。利用二维水动力数学模型,模拟长江大通以下感潮河段1 a的动力过程,研究长江口潮流不对称的时空分布规律。结合非稳态调和方法和偏度方法,分析长江口涨落潮流速不对称和涨落憩历时不对称趋势,并进一步分析长江口的粗、细颗粒泥沙运动趋势。研究结果表明:落憩历时更短,有利于细颗粒泥沙向陆运动;径流对落潮流流速的增强作用导致长江口落潮流速大于涨潮流速,有利于粗颗粒泥沙向海运动。研究成果对于明确长江口泥沙运动趋势及潮流不对称的影响有一定参考价值。     

二维潮流及泥沙数学模型

本文利用控制体积法对沿水溶平均的二维水流及泥沙微分方程进行了离散，建立了二维潮流泥沙数学模型，并利用连云港附近的潮流及含沙量资料对模型进行了验证计算，验证结果表明，无论是水位、流速、流向，还是含沙量都与实测资料符合良好，由此可以看出，本模型不仅能应用于潮流泥沙计算，而且可以推广到各种平面不恒定流的泥沙冲淤计算中。     

潮流作用下潮汐汊道稳定关系及试验研究

通过分析现有国内黄渤海、东海、华南沿海潮汐汊道的口门稳定纳潮棱体P与过水口门断面面积A的关系,对P-A关系的局限性及其存在问题进行了说明.在此基础上对维持潮汐汊道口门稳定的动力及其条件特点进行了分析,利用几个天然海湾参数资料,并考虑潮流动力、底床稳定因素推导出新的湾内纳潮面积S、口门断面平均流速V和口门断面面积A的关系即VA=0.001 5SH.同时通过建立潮流物理模型,保持湾内水域面积不变,进行250～400 m口门宽度条件下的口门流速试验,得到口门断面面积与口门流速间的关系.考虑潮流动力因素所得到的S-VA关系计算结果与模型试验得到的结果相吻合.     

瓯江口潮流数值模拟

建立了时间二次插值的三角形网格显式差分数学模型,从而提高了原三角形网格显式数学模型［1］的稳定性和精度。使用三角形网格全自动剖分技术进行网格剖分,使用"干湿"判别法处理了露滩问题,用两套节点关系处理潜堤问题,对大范围(既有细长河道又有大面积海区)、多岛屿、地形及流态复杂的瓯江口海区的潮流场进行了成功的模拟。并根据模拟结果,对瓯江口海区的潮流特征进行全范围的分析介绍。     

河口海岸潮流速分布模式研究

在沿岸水域尤其是在浅海陆架和近岸区,潮流在水流运动中起着主导的作用,在潮流运动中,近底流速剖面偏离传统的对数分布。根据前人的研究,笔者曾从理论上得到了近底流速分布的对数线性模式。但该模式对近底层的数据要求较高,一般近底1m之内需要四层测量数据,而这些数据在实际应用时很难得到。因此,本文根据潮流运动的表面边界条件将该模式进行扩展研究,使其能适用于传统的六点法测量数据。该扩展模式为对数抛物模式,适用于全水深,是潮流速分布模式。通过长江口和江苏岸外西洋海域两个实例计算分析,并与传统的对数分布模式比较,结果表明该潮流速分布模式在各层数据上都与实测数据具有良好的相关性且物理量z0与u．之间具有更好的一致性和相关性,可应用于河口海岸流速分析研究。     

三维潮流温度数值模型研究及应用

为了正确评估潮汐河口热电厂温排放对受纳水体的环境影响,河口地区的潮流场与温度场的数值计算非常重要。建立了三维潮流温度数学模型,模拟电站温排水的稀释扩散规律,分析温升场的变化特征。并以澳门路环发电厂为例,对本模型进行了应用,取得了比较满意的结果。     

一二维联解潮流数学模型在防洪评价中的应用

针对单纯使用一维或二维数学模型难以准确高效模拟大型涉水工程对水域影响的问题,通过利用一、二维联解潮流数学模型,在珠江口某港区码头工程附近使用二维模型,对该区域流场和流速变化范围进行模拟,其余水域采用一维模型模拟。结果表明,工程对珠江东四口门及工程周边水域水位、流速、河道潮量及分流比、潮排、潮灌、排涝等影响不大。结论认为,一、二维数学模型联解计算可以用于大型工程,尤其是海域内大型工程的防洪评价计算,并能够得出较为可靠的计算结果。     

新型H型叶片潮流能水轮机不同翼型水动力性能分析

为了探究垂直轴潮流能水轮机转轮叶片翼型对其水动力性能的影响,在保持水轮机密实度相同的条件下,采用Fluent软件对4种不同翼型的H型直叶片潮流能水轮机进行了三维流场非定长数值模拟。通过4种H型叶片翼型对转轮动力扭矩特性和水能利用系数的影响,分析了潮流能水轮机水动力性能。结果表明,NACA0015翼型的水轮机单叶片动力扭矩最大值明显高于其他3种翼型;而整体转轮扭矩最大值取决于其不同的来流速度等运行工况。从整体上看,不对称翼型NACA4415的水轮机水能利用效率优于其他3种翼型。本研究为新型潮流水轮机的设计和翼型的选择应用提供了依据。     

福建南日群岛海域潮流数值模拟研究

福建南日群岛海域地形复杂,为了解该海域潮流场特征,利用MIKE 21 Flow Model_FM HD模块,搭建了包括南日群岛在内的大范围潮流数学模型,采用实测资料对海域的潮位和潮流进行了验证。结果表明,模型计算值与实测值吻合较好。所建模型能够正确反映南日群岛海域的潮流特征。最大流速出现在群岛内的主要潮流通道上,通过数值模拟,对该海域的水动力状况有了进一步了解,为该海域工程建设与环境保护提供了科学依据。     

围海工程带来的潮流变化

本文运用数值模拟方法对围填海工程造成的潮流变化进行研究与探讨,所使用的数学模型为具有自主知识产权的天津大学水流泥沙数学模型软件。文中以天津港与曹妃甸港的中间海区为例,分析了目标海域和其它海域的潮流特征变化,着重研究围填海工程对渤海湾造成的联合影响。最后得出几点结论:1围海工程使得渤海湾沿岸海区的潮流运动呈现出不规则的变化;2围海工程对渤海湾近岸海区的影响表现为流速的增大和潮流动力的增强,对离岸海区的影响则相反;3单项填海工程对海湾内整体潮流场的影响不大。     

用于潮流能双向发电的导流装置性能研究

为解决受叶片翼型的影响而导致发电设备在一个潮流周期内平均效率下降的问题,提高发电设备总的输出功率,对一种可将潮流双向流动转换为单向流动的双向导流装置进行了研究分析。首先,建立了发电装置输出功率的数学模型,采用数值分析的方法研究了圆角半径对双向导流装置内部流场、阻力系数k、流速比以及水轮机输出功率的影响,随后进行水下拖拽试验,测试双向导流装置的实际效果。研究结果表明:当R<1.4 l时,增大过渡圆角半径有利于降低流动阻力损耗,改善流速分布不均的情况,提高双向导流装置的性能。在相同负载条件下,潮流流速为1 m/s时,加装双向导流装置后,负载上的平均电功率比裸叶片提高了79%。双向导流装置能够避免潮流反向带来的负面影响,显著提高发电设备在一个潮流周期内的平均输出功率。     

潮滩围垦对近海潮流及污染物输移的影响研究

为研究潮滩围垦对潮流和污染物输移的影响,基于二维嵌套的水动力水质模型,以通州湾为例分别模拟了不同潮滩围垦工程前后的潮流场及污染物浓度场,并用实测资料对模型进行验证,据此分析潮滩围垦作用下的流速变化和以COD为污染指标的物质输运特征。研究结果表明:通州湾围垦工程具有一定的阻水作用,且在围垦一、围垦二的堤头出现了局部挑流现象,其余海域的流速流向基本没有变化;潮滩围垦阻碍了通州湾南侧海域高浓度污染物的输移扩散,改变了该海域的污染物浓度场,且随着围垦范围的扩大,局部污染物浓度有所增加。综上所述,潮滩围垦改变了潮滩地形、水动力环境特征和污染物输移扩散能力,进而影响到潮滩的水文状况和水质环境。     

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。     

Numerical study of hydrodynamic mechanism of dynamic tidal power

Dynamic tidal power is a new way of capturing tidal energy by building a water head using a dike perpendicular to the coast. This study explored the hydrodynamic mechanism of the water head across an intended dynamic tidal power dike system using the Delft3D-FLOW software module. The propagating wave was simulated in a rectangular domain with a horizontal sea bottom at a 30-m depth. A significant water head was created across the dike by blocking the water. The water head increased with increasing dike length and increasing undisturbed tidal current acceleration. The maximum water head for the dike with a length of 50 km, located 900 km from the western boundary, was 2.15 m, which exceeded the undisturbed tidal range. The time series of the water head behaved in a manner identical to the undisturbed tidal current acceleration. The distribution of the water head over the dike assumed an elliptical shape. A parasitic wave was generated at the attachment and scattered outward. The phase lag across the dike did not behave as a linear function of the detour distance.     

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。