唐山港京唐港区泥沙运动特征与海岸性质界定

海岸性质的界定,是港口航道减淤措施合理布置的关键。通过地形资料和现场测量资料对京唐港区的水下地形地貌特征、泥沙特性以及沿岸输沙特点等进行了分析研究。研究结果表明,京唐港区泥沙中值粒径大于0.06 mm、沉积物中黏土含量小于15%、岸滩坡度通常大于1/1 000;泥沙运动具有沿岸泥沙运动特征,但与沙质海岸又有所不同,存在复合沿岸输沙,尤其在风暴潮期间,大浪产生的破波沿岸流与风暴潮潮流叠加,产生更为强烈的沿岸输沙能力。在粉沙质海岸定义基础上,将京唐港区海岸界定为细沙粉沙质海岸。在京唐港区航道防波挡沙堤布置上考虑复合沿岸输沙,取得良好效果。     

瓯江口水流挟沙力公式探讨

采用瓯江口实测泥沙资料,对多个典型挟沙力公式进行了系统比较;对瓯江口同步的平均流速和平均含沙量进行分析,探讨适合该河口的挟沙力关系,并引入泥沙因子,考虑泥沙粒径对水流挟沙力的影响。结果认为:各挟沙力公式的计算结果过程曲线趋势一致,只是存在量级上的差别;结合实测泥沙资料进行分析,采用河口、海岸适用性较好的水流挟沙力公式,考虑泥沙粒径对挟沙力的影响,引入泥沙因子分析拟合瓯江口水流挟沙力公式。旨在揭示不同挟沙力公式之间的联系,以及河口海域水流挟沙力拟合过程,为进一步探讨河口海岸含沙量分布和悬浮泥沙输运提供思路。     

河口往复流中潮流不对称与推移质输沙的关系

潮流不对称现象是近岸潮波运动的基本特征之一,为了研究潮流不对称对推移质泥沙长期净输运的作用机制,首先在往复流情况下对Bagnold推移质输沙率公式(1966)由于不包含起动流速所可能导致的误差进行理论分析,进而由统计学中的"偏度"的概念出发,推导了河口潮流不对称与推移质输沙之间的定量关系。研究认为,虽然Bagnold推移质输沙率公式不包含泥沙起动流速,但是只要泥沙起动流速和最大流速的比值在一定范围内,则在理论上公式的计算误差是可以接受的。由偏度结合Bagnold公式导出了潮流不对称与推移质输沙之间的关系,表明推移质泥沙的长期净输运不仅与余流有关,而且与不同分潮组合之间、余流与分潮之间的相互作用紧密相关。该关系还给出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,从潮流不对称出发估算推移质输沙与直接采用推移质输沙率公式结果一致。     

三亚红塘湾海域海床表层沉积物及泥沙运动特征

根据红塘湾海域不同时期海床表层沉积物资料,分析研究该海域表层沉积物分布与泥沙运动特征。结果显示:该海域近岸海床表层泥沙颗粒较粗,主要以中粗砂和粗中砂为主;5~10m等深线之间,底质以中砂和中细砂为主;10~12 m等深线附近以细砂为主,12m等深线以外底质主要为粉砂和黏土类;底质泥沙颗粒从岸向海逐渐变细。在波流共同作用下,当地泥沙较易起动,波浪对泥沙运动起到关键性作用;该岸段沿岸输沙量级不大,而且保持相对稳定状态,其输沙性质与弧形海岸的动力环境和地形特征相一致。目前各段海岸泥沙运动近似于动态平衡,没有大规模的冲刷和堆积现象。     

近岸波、流作用下结构物附近海岸演变的数值模拟

针对与砂质海岸在波浪作用下的演变有关的波浪、近岸流及输沙问题进行了系统的研究,并对结构物附近海岸演变进行了数值模拟。考虑了波浪折射-绕射及波浪破碎的综合作用,在近岸流场的模拟中用沿水深积分形成的K方程模型确定涡粘系数。计算岸滩地形变化时,综合波浪、近岸流作用的底沙和悬沙输沙率,并考虑波浪对泥沙作用的影响。模型对防波堤和近岸沉船附近地形变化进行了模拟,效果良好。     

采用波能法计算沙质海岸输沙率

本文介绍了采用波能法计算沙质海岸输沙率。通过实例计算,对各种方法进行了评价,并把计算结果与实测地形进行比较,从而找出计算输沙率的最佳公式。并且对规范法和美国SPM法编制了计算程序,对某港附近岸滩输沙进行了计算,其结果与地质地貌调查研究的结论相符,因而已被工程实践所采用。     

黄河三角洲飞雁滩海岸的侵蚀与机理

飞雁滩海域是1964—1976 年黄河刁口河流路入海区域。根据地形和断面水深监测资料,阐述了该岸段流路废弃后的岸滩侵蚀特征和地貌变化。研究结果表明,刁口河流路废弃后飞雁滩海岸向海凸出的地形特征,是造成该岸段强烈侵蚀的重要原因。进一步结合波、流动力的对应分析认为,波浪以掀沙为主,潮流以输沙为主,波浪和潮流的联合作用是飞雁滩海岸侵蚀的主要动力机制,其中潮流主要通过余流携沙外输,造成近岸泥沙亏损。     

海阳砂质海岸岸滩演化

基于海阳近岸海域的水深地形、表层沉积物粒度以及遥感影像等资料,利用泥沙起动流速和沿岸输沙数理公式以及岸滩演化数学模型,探讨了海阳近岸海域岸滩演化特征及主要控制因素。研究结果表明,研究区总体处于动态平衡状态,潮流很难使泥沙发生直接起动,波浪造成的沿岸输沙总体向ENE方向运移。影响研究区冲淤变化的因素主要有河流来沙、波浪以及人工构筑物。河流径流量减小,导致研究区泥沙来源减少,加剧了局部海岸侵蚀;近岸人工构筑物的建设,改变了泥沙输运趋势,并导致局部冲淤环境发生变化;波浪是控制研究区泥沙运移、沉降的关键因素,控制着研究区冲淤演化的整体格局。     

沙质海岸强浪作用下沿岸输沙问题研究

在沙质海岸上修建导流堤、丁坝等会引起局部海域水沙动力条件的改变和海床冲淤调整,因此准确预测沿岸输沙率是海岸工程建设前进行优化设计的基础条件之一.首先构建了刻画高强度推移质输沙过程中固-液混合体运动的理论模型,通过寻求模型的特解并推导成1D沿岸输沙率公式.该公式适宜计算强浪作用下的推移质输沙率,已得到了大型波浪水槽、往复流水道和海滩现场实测输沙率资料的良好验证.通过与物理模型试验实测输沙量结果的比较,进一步表明该公式能够较好地预测沙质海岸在寒潮大风浪(或台风浪)作用下的高强度输沙量(骤淤量).     

浅水波浪水质点运动的不对称性与海岸泥沙横向移动问题

本文从椭圆摆线波理论出发，用时间变量的概念，推导出波浪水质点运动速度公式。证明了浪波水质点运动不对称性的存在，即存在着正向与反向水平运动速度的不对称和正向速度与反向速度在作用时间上的不对称。结合泥沙在斜坡情况下的起动流速公式，导出了泥沙在波浪作用下的移动总速度公式。进而讨论了泥沙的输沙率问题，得出一波浪作用下泥沙横向输沙率的近似公式，     

A new formula for the total longshore sediment transport rate

A new predictive formula for the total longshore sediment transport (LST) rate was developed from principles of sediment transport physics assuming that breaking waves mobilize the sediment, which is subsequently moved by a mean current. Six high-quality data sets on hydrodynamics and sediment transport collected during both field and laboratory conditions were employed to evaluate the predictive capability of the new formula. The main parameter of the formula (a transport coefficient), which represents the efficiency of the waves in keeping sand grains in suspension, was expressed through a Dean number based on dimensional analysis. The new formula yields predictions that lie within a factor of 0.5 to 2 of the measured values for 62% of the data points, which is higher than other commonly employed formulas for the LST rate such as the CERC equation or the formulas developed by Inman–Bagnold and Kamphuis, respectively. The new formula is well suited for practical applications in coastal areas, as well as for numerical modeling of sediment transport and shoreline change in the nearshore.     

Numerical modelling of sand beach evolution around coastal structures

I~crIOWIn the coastal area, especially at the sandy seashore, wave and nearshore current are the major factors which affect sediment transPOrt and the motyhChdynamics.The numerical models of predicting the beach evolution can be classified intO the medi~term and long-term models according to their space and time scales (De Briend et al., 1993;Watanabe, 1990; Watanabe et al., 1986; Tao, 1996). In the medium-term model the effects ofwave, nearshore current and sediment transport are conside…     

沙质海岸沿岸输沙率计算方法研究进展

准确预测波浪作用下沿岸输沙率是沙质海岸研究领域的重要科学问题。根据数十年来国内外沿岸输沙率公式的研究进展,按研究方法对各项成果进行分类,并兼顾时间逻辑,回顾了各研究方法的发展历程及其代表性成果。对各项成果的理论基础、考虑因素、资料来源等方面进行了探讨,并采用现场原型沙、室内原型沙和室内轻质沙等实测资料,对国内外常用公式的预测准确性进行了检验。结果表明,孙林云公式与各项实测资料的吻合程度最高,在众多沿岸输沙率公式中具有明显的先进性。在此基础上,对未来可进一步深化研究的方向作出了展望。     

底质类型对热带海草海菖蒲种子萌发和幼苗生长的影响

近几十年来,受到人类活动和气候变化的影响,全球海草床呈现退化趋势,海草床的恢复备受关注。其中,海草种子或幼苗移植由于其对供体海草床破坏和影响较小,并能保证海草的遗传多样性而备受重视。移植区的底质类型是决定海草种子或幼苗移植存活率的重要因子,然而,目前关于热带海草种子萌发和幼苗生长对不同底质类型响应的研究很有限。本研究以热带海草海菖蒲(Enhalus acoroides)种子为研究对象,利用室内模拟实验,分别设置细砂和砂砾底质的处理,探讨不同底质类型对海菖蒲种子萌发和幼苗生长的影响。研究发现,细砂组和砂砾组的萌发率和萌发历期的平均值分别96.3%、3.6 d和95.0%、3.4 d,两个处理组之间差异不显著。萌发后的细砂组海菖蒲幼苗的存活率为97.37%,而砂砾组的幼苗存活率仅为81.58%;另外,海菖蒲幼苗的叶片长度、根长度、叶片生长速率和根生长速率在细砂组均显著高于砂砾组。因此,沉积物粒径的差异对海草种子的萌发率和萌发时间没有显著性影响,但沉积物粒径增大会显著降低萌发后海菖蒲幼苗的存活率和生长速率。因此,未来开展海菖蒲种子或幼苗的野外移植,应选取沉积物粒径较小细砂质区域进行移植,可促进海菖蒲种子或幼苗移植的成活率,提高海菖蒲生态修复的成功率。     

潮流作用下河口是沙运动二维数学模型

对于粉沙淤泥质河口和海岸,海底泥沙受潮流作用主要以悬沙形式输运。在这样的海区建港与疏浚航道,需要首先进行泥沙淤积问题的研究。本文采用潮流作用下不平衡方程式、挟沙能力公式和起动流速公式,建立了潮流作用下河口悬沙运动二维数学模型,在对二维悬沙不平衡输沙方程和海底变形方程进行离散时直接采用显式迎风格式,得到了较好的结果。在此基础上,将该模型应用于实际水域,结果表明,该数学模型能够模拟河口的悬沙运动规律和冲淤变化,对于水流较大的海域该模型有一定的应用价值     

琼州海峡南岸海岸动力地貌研究

岬湾相间的琼州海峡南岸在海岸动力条件作用下,岸滩发生侵蚀或堆积,特别是南岸中部的南渡江三角洲沿岸岸滩演变剧烈。该文从海岸动力地貌的角度,对琼州海峡南岸的海岸动力特征、泥沙运动以及岸滩演变进行分析。根据海峡南部三维潮流场数值模拟结果,结合经验公式初步分析潮流引起的泥沙运移速率和方向,得到岸外水域总的泥沙运移趋势为从西向东。根据波浪动力计算分析沿岸泥沙运移,探讨沙质岸滩的动态与地貌演变之间的关系,得出海峡南岸海岸地貌演变与盛行的NE和NNE向风浪有密切关系,岸滩的演变过程主要受制于这两个方向的风浪及其引起的泥沙沿岸运移。     

挟沙能力公式系数的最佳确定

水流挟沙能力反映了运动水体所能挟带泥沙的最大能力,确定水流挟沙力公式对于泥沙数学模型的发展具有重要意义,而关键是其系数的最佳确定。基于最小二乘法原理,对目前广泛应用的水流挟沙力公式中的系数确定提出了一种新的方法——枚举法。枚举法直接应用最小二乘法,有别于常用的先取对数后再进行回归分析的传统方法,通过误差分析和结果比较,表明枚举法确定的系数更合理,也提高了公式的精度,使公式能更客观地反映水流挟带泥沙的实际能力。枚举法简单实用,是目前确定水流挟沙力公式系数的最佳方法。     

Practical sand transport formula for non-breaking waves and currents

Many existing practical sand transport formulae for the coastal marine environment are restricted to a limited range of hydrodynamic and sand conditions. This paper presents a new practical formula for net sand transport induced by non-breaking waves and currents. The formula is especially developed for cross-shore sand transport under wave-dominated conditions and is based on the semi-unsteady, half wave-cycle concept, with bed shear stress as the main forcing parameter. Unsteady phase-lag effects between velocities and concentrations, which are especially important for rippled bed and fine sand sheet-flow conditions, are accounted for through parameterisations. Recently-recognised effects on the net transport rate related to flow acceleration skewness and progressive surface waves are also included. To account for the latter, the formula includes the effects of boundary layer streaming and advection effects which occur under real waves, but not in oscillatory tunnel flows. The formula is developed using a database of 226 net transport rate measurements from large-scale oscillatory flow tunnels and a large wave flume, covering a wide range of full-scale flow conditions and uniform and graded sands with median diameter ranging from 0.13 mm to 0.54 mm. Good overall agreement is obtained between observed and predicted net transport rates with 78% of the predictions falling within a factor 2 of the measurements. For several distinctly different conditions, the behaviour of the net transport with increasing flow strength agrees well with observations, indicating that the most important transport processes in both the rippled bed and sheet flow regime are well captured by the formula. However, for some flow conditions good quantitative agreement could only be obtained by introducing separate calibration parameters. The new formula has been validated against independent net transport rate data for oscillatory flow conditions and steady flow conditions.     

Calculation of longshore sediment transport

Calculation approaches to longshore transport of sandy sediments are discussed. The estimation of the total sediment transport rate is shown to be possibly based on the so-called CERC formula, where the proportionality factor K should be calculated from relationships of Bayram et al. [8] or Leont’yev [4]. In both cases, the results are very close to each other if the author’s determination of the wave breaking depth is used. Under the condition of contrasting variations in the sediment grain size over the coastal profile or in the case of fragmentary sand distribution on the surface of the bed, the local approach implying process-based modeling is more effective. A model is suggested to compute the local longshore sediment transport rates.