钱塘江河口一维盐度动床预报模型及应用

钱塘江河口为强涌潮、高含沙量、河床冲淤剧烈的河口,其盐度输移时空变化受河床冲淤的反馈影响十分显著。建立了考虑河床冲淤变化的一维盐度动床数学模型,耦合求解水沙运动、河床冲淤及盐度输移过程,数值计算方法采用守恒性较好的有限体积法。验证结果表明:河床冲淤对氯度的影响非常显著,动床模型的结果与实测基本吻合,在长历时盐度预报中采用动床模型是必要的。应用该模型分析了钱塘江河口咸水入侵对上游建库、治江缩窄工程等人类活动的响应,探讨了杭州城市供水水源保证率。结果表明,新安江水库、河口治理缩窄工程对改善河口淡水资源利用、保障杭州市供水安全显著;供水保证率要达95%以上,需采取上游水库泄水调度和新建备用水库等措施。     

渤海湾曹妃甸港区开发对水动力泥沙环境的影响

针对渤海湾曹妃甸海域波浪、潮流、泥沙及海床演变特点,应用波流共同作用下二维泥沙数学模型研究港区开发方案。2006年冬季和夏季大、小潮潮流泥沙验证表明,该海域潮位及15条同步垂线流速、流向、含沙量过程的计算值与实测值吻合良好,并进行了矿石码头港池前沿海域在潮流与波浪共同作用下悬沙引起的冲淤验证,计算的冲淤厚度及其分布趋势与实测值比较接近。在此基础上,研究了曹妃甸前岛后陆的港区围垦方案对水动力环境的影响问题,包括该工程引起的曹妃甸甸头以南深槽、老龙沟深槽及各港池的流速变化及底床的冲淤变形等。     

南黄海大型潮汐水道动力地貌环境对人类活动响应——以小庙洪水道为例

辐射沙脊群内潮汐水道由于没有固定的边界，其稳定性对人类活动影响更加敏感。通过收集近20年来辐射沙脊群南翼小庙洪海域实测高分辨率水下地形资料，结合数学模型分析研究人类活动对小庙洪海域水动力和地形冲淤累积影响。研究结果表明:近20年来小庙洪水域边滩匡围面积达126.09 km2，边滩匡围导致小庙洪尾部、中部及口门段断面流量分别减小14.2%、15.79%和9.13%；尾部、中部及口门段深槽区平均流速分别减小20~30 cm/s、10~20 cm/s和5~10 cm/s。小庙洪水道南侧-5 m等深线变化幅度较小，基本保持稳定状态；-10 m等深线继续向西延伸，向南拓展。近20年来小庙洪边滩匡围虽导致水道内纳潮量和水动力有所减弱，但由于目前匡围区均处于高滩区域，各匡围工程所引起的泥沙冲淤仅限于工程区附近，对小庙洪水道整体稳定性、深槽主轴南逼、口门水道整体北淤南冲的演变趋势没有产生明显影响。     

南黄海大型潮汐水道动力地貌环境对人类活动响应——以小庙洪水道为例

辐射沙脊群内潮汐水道由于没有固定的边界，其稳定性对人类活动影响更加敏感。通过收集近20年来辐射沙脊群南翼小庙洪海域实测高分辨率水下地形资料，结合数学模型分析研究人类活动对小庙洪海域水动力和地形冲淤累积影响。研究结果表明：近20年来小庙洪水域边滩匡围面积达126.09 km²，边滩匡围导致小庙洪尾部、中部及口门段断面流量分别减小14.2%、15.79%和9.13%；尾部、中部及口门段深槽区平均流速分别减小20~30 cm/s、10~20 cm/s和5~10 cm/s。小庙洪水道南侧-5 m等深线变化幅度较小，基本保持稳定状态；-10 m等深线继续向西延伸，向南拓展。近20年来小庙洪边滩匡围虽导致水道内纳潮量和水动力有所减弱，但由于目前匡围区均处于高滩区域，各匡围工程所引起的泥沙冲淤仅限于工程区附近，对小庙洪水道整体稳定性、深槽主轴南逼、口门水道整体北淤南冲的演变趋势没有产生明显影响。     

大风浪影响下海域泥沙输运异变数值模拟

基于实测的水深、潮流、悬浮体、底质数据及历史气象资料等,采用导入SWAN波浪参数的ECOMSED三维模型,模拟大风浪对小清河口附近海域悬浮体浓度和底床冲淤变化的影响程度。并利用全潮水文观测资料对水动力和输沙率模拟结果进行检验,对比分析表明计算值与实测值吻合良好。模拟结果表明,大风浪影响下近岸海域泥沙输运变化较大,悬浮体浓度可达一般天气的10倍左右,而底床冲淤变化可达平时的百余倍。大风浪期间剧烈的底床冲淤变化对河口拦门沙演化影响较大。     

伶仃洋茅洲河口动力地貌演变过程

利用长系列的水文泥沙、水下地形和遥感影像等数据,通过数字地形高程模型和水动力数学模型等方法,探讨了伶仃洋茅洲河口的动力地貌演变过程及主要原因。结果表明:伶仃洋中滩海区近年冲刷态势明显,拦江沙与矾石浅滩呈现逐渐分离并有发育形成"新中槽"的演变趋势;茅洲河口门深槽的形成发育以落潮流动力作用为主,交椅湾深槽具有涨潮沟的性质,交椅沙形成发育对于稳定周边海区滩槽格局具有重要作用;大规模围涂造地和海床采砂等人类开发活动显著改变了伶仃洋的地形边界条件,进而影响河口水沙输移和滩槽格局,亟需加强监控。     

长江河口划分问题探讨

本文根据国内外对河口划分的定义和划分原则,探讨了将长江澄通河段划归长江河口段的依据,通过分析大量的实测资料后认为,长江澄通河段的河床边界塑造由风暴潮最高潮位控制,其主要水动力因素是潮流,并通过近期的河势分析说明了徐六泾节点控制作用有限,因此澄通河段的整治原则应与河口段相同,即控制和稳定有利河势,扩大泄洪能力,调整改善岸线利用务件,适度圈围滩涂,以满足长江三角洲地区经济社会发展对新的岸线资源和土地资源的迫切需求.     

上海岸带冲淤及对深水航道工程的影响

长江入海泥沙在复杂的河口地貌和水动力条件下,自然岸带的冲淤频繁多变,给沿海重大工程带来不利影响,成为上海地区重要的地质灾害种类。本文结合长江河口地区泥沙运移监测成果,分析了其对长江口深水航道工程的影响,为工程的日常维护与安全运行提供借鉴。     

长江口水流挟沙力公式初步研究

本文根据泥沙运动理论和水流能量平衡原理,结合水流对泥沙的作用效果并分析了现有水流挟沙力公式的适用条件,通过实测资料的整理和研究,推导得出长江口水流挟沙力公式.结果表明,河口半潮平均挟沙力应考虑水流对悬移质的输送和对床沙中悬移质的上浮,同时还应考虑河口其它动力因素(如风、波浪等)及其各类动力过程的非线性作用效应对水流挟沙力的贡献.本文提出的公式从泥沙输运及悬浮的角度去分析河口水流挟沙力,从而有利于河口冲淤特性的分析研究.对长江口而言,洪季水流对泥沙的输运作用大于悬浮作用,落淤的可能性大于冲刷;而枯季水流对泥沙的作用则以悬浮为主,冲刷的可能性大于落淤,从另一侧面解释了长江口"洪淤枯冲"的现象.     

钱塘江尖山河段北岸治江工程对环境影响分析

采用实测资料分析、数模计算和比尺模型试验等手段,研究比较尖山河段顺直和弯曲两种河势对钱塘江河口上游河床冲淤、潮汐、潮流、涌潮、盐水入侵等重要环境因子的差异.从钱塘江河口治理“减少进潮量、增大山潮水比值”的原则及多目标综合开发治理的目标和消除治理过程中已出现的不利因素考虑,应该采取弯曲河势更为有利.     

黄河下游游荡段过流能力调整对水沙条件与断面形态的响应

河道过流能力与主槽形态有关，而主槽形态又取决于上游水沙条件，分析过流能力与这两者之间的关系对研究黄河下游游荡段河床演变规律有重要意义。从典型断面和河段平均两个尺度，定量分析了黄河下游游荡段1986—2015年平滩流量与水沙条件（来沙系数和水流冲刷强度）及汛前主槽形态（河相系数）之间的响应关系。结果表明：① 1986年至小浪底水库运行前，游荡段淤积严重，主槽萎缩，河道过流能力急剧下降，自小浪底水库运行后，游荡段发生强烈冲刷，其断面持续趋向窄深，过流能力逐年恢复；②建立了断面和河段平滩流量与水沙条件及河相系数的幂函数关系，二者相关系数均在0.5以上，但河段尺度相比于断面尺度的相关系数至少可提高17%；③河段平滩流量与前5年汛期平均水流冲刷强度及河相系数的相关系数接近0.94，相应计算公式能较好地反映平滩流量的变化过程，为分析其他河段平滩流量的变化提供了参考方法。     

黄河下游游荡段过流能力调整对水沙条件与断面形态的响应

河道过流能力与主槽形态有关,而主槽形态又取决于上游水沙条件,分析过流能力与这两者之间的关系对研究黄河下游游荡段河床演变规律有重要意义。从典型断面和河段平均两个尺度,定量分析了黄河下游游荡段1986-2015年平滩流量与水沙条件(来沙系数和水流冲刷强度)及汛前主槽形态(河相系数)之间的响应关系。结果表明:①1986年至小浪底水库运行前,游荡段淤积严重,主槽萎缩,河道过流能力急剧下降,自小浪底水库运行后,游荡段发生强烈冲刷,其断面持续趋向窄深,过流能力逐年恢复;②建立了断面和河段平滩流量与水沙条件及河相系数的幂函数关系,二者相关系数均在0.5以上,但河段尺度相比于断面尺度的相关系数至少可提高17%;③河段平滩流量与前5年汛期平均水流冲刷强度及河相系数的相关系数接近0.94,相应计算公式能较好地反映平滩流量的变化过程,为分析其他河段平滩流量的变化提供了参考方法。     

2012年洪水对黄河内蒙古段冲淤影响

2012年洪水是内蒙古河段1989年以来历时最长、洪峰流量最大的洪水过程。为了解粗泥沙对黄河内蒙古段河床冲淤变化的影响,依据宽河谷河段巴彦高勒、三湖河口和头道拐水文站实测资料,分析了内蒙古河道2012年洪水水沙特征,通过计算推移质输沙量和比较断面河底变化,探讨了粗泥沙对河底调整的影响。结果表明:2012年洪水造成粗泥沙在上游段冲刷、下游段淤积;固定低水位下过流断面存在涨冲落淤的规律;洪水过后,巴彦高勒和三湖河口低水位面积分别扩大了19 m2和29 m2,头道拐减小约100 m2。由于粗泥沙排沙不平衡,底部河床的真正高程并没有降低,防洪风险依然存在。     

黄河下游河道输沙水量及计算方法研究

根据黄河下游1950年以来的水沙、河道冲淤及洪水观测资料,系统分析了黄河下游主要控制站输沙水量与来沙量、洪水量级、水沙搭配、区间引水引沙及河道允许淤积度等因子间的相互关系。在探讨泥沙输移规律和机理的基础上,引入水沙搭配参数,建立了适用于黄河下游主要控制站汛期及洪水期计算输沙水量的数学表达式,量化了水沙条件及河道允许淤积度变化对河道输沙水量的影响程度。该研究对维持黄河健康生命及黄河水资源的规划利用具有重要的理论和实际意义。     

Spatial, Temporal, and Human-Induced Variations in Suspended Sediment Concentration in the Surface Waters of the Yangtze Estuary and Adjacent Coastal Areas

To delineate temporal and spatial variations in suspended sediment concentration (SSC) in the Yangtze (Changjiang) Estuary and adjacent coastal waters, surface-water samples were taken twice daily from 10 stations over periods ranging from 2 to 12?years (total number of samples >28,000). Synoptic measurements in 2009 showed an increase in surface SSC from 0.058?g/l in the upper sections of the estuary to ??0.6?g/l at the Yangtze River turbidity maximum at the river mouth, decreasing seaward to 0.057?g/l. Annual periodicities reflect variations in the Yangtze discharge, which affect the horizontal distribution and transport of SSC, and seasonal winds, which result in vertical resuspension and mixing. Over the past 10?C20?years, annual surface SSC in the lower Yangtze River and the upper estuary has decreased by 55%, due mainly to dam construction in the upper and middle reaches of the river. The 20?C30% decrease in mean surface SSC in the lower estuary and adjacent coastal waters over the same period presumably reflects sediment resuspension, in part due to erosion of the subaqueous Yangtze Delta. SSCs in the estuary and adjacent coastal waters are expected to continue to decline as new dams are constructed in the Yangtze basin and as erosion of the subaqueous delta slows in coming decades.     

Tidal sediment transport versus freshwater flood events in the Konkouré Estuary, Republic of Guinea

In comparison to their temperate counterparts, sediment processes in tropical estuaries are poorly known and especially in African ones. The hydrodynamics of such environments is controlled by a combination of multiple processes including morphology, salinity, mangrove vegetation, tidal processes, river discharge, settling and erosion of mud and by physico-chemical processes as well as sediment dynamics.The aim of this study is to understand the sediment processes in this transitional stage of the estuary when the balance between river discharges and marine processes is reversing. Studying the hydrodynamics and sediment dynamics of the Konkouré Estuary has recently been made possible thanks to new data on bathymetry, sedimentary cover, salinity, water elevations, and current velocities. The Lower Konkouré is a shallow, funnel shaped, mesotidal mangrove-fringed, tide-dominated estuary, well mixed during low river discharge and stratified during high river discharge. The Konkouré Estuary is turbid despite the small amount of terrestrial input and its residual velocity at the mouth during low river discharges, landwards for two of the three branches, suggests a landward migration by tidal pumping of the suspended particulate matter. A Turbidity Maximum Zone (TMZ) is identified for typical states of the estuary with regard to fluvial and tidal components. Suspended sediment transport during a transitional stage between the rainy and dry seasons is known thanks to current velocity and Suspended Sediment Concentration (SSC) measurements taken in November 2003. The Richardson layered number calculation assesses that turbulence is the major mixing process in the water column, at least during the flood and ebb stages, whereas stratification occurs during the slack water periods. Tidal currents generate bottom erosion, and turbulence mixes the suspended sediment throughout the water column. As a result, a net sediment input is calculated from the western Konkouré outlet for two consecutive tidal cycles. Despite the net water export, almost 300 tons per tide reach the estuary through this outlet, for a moderate river flow.     

钱塘江河口过江隧道河段极端洪水冲刷深度的预测

钱塘江河口为强冲积性河口,在洪潮水流共同作用下河床冲淤剧烈,极端洪水条件下河床的冲刷深度是过江隧道工程的关键问题之一。基于河床演变分析、动床数值模拟和动床物理模型等研究手段,建立了钱塘江河口过江隧道河段洪水冲刷深度的预测模型,分别经钱塘江河口的典型实测地形、水流泥沙及河床冲淤等实测资料进行验证。在此基础上预测了某过江隧道河段在极端洪水作用下河床最大冲刷深度,三种研究方法所得的结果定性定量基本合理,且与后来地质详勘的沉积分析成果基本一致,进一步表明了预测模型的可靠性,预测的最大冲刷深度可为过江隧道的合理埋设提供科学依据。     

三峡建库后沙市—汉口河段悬移质分组冲淤变化规律

水库下游河道冲淤调整是一个长期复杂的过程, 对防洪、航运、生态等均会产生一定影响。为探究长江中游沙市—汉口河段演变趋势并为不利变化的防控提供参考, 分析了三峡建库后悬移质分组冲淤时空变化规律: 建库后, 沙市—监利河段各粒径组泥沙均发生冲刷, 沙市流量为10 000~25 000 m3/s时, 0.125~0.250 mm粒径组泥沙冲刷量最大; 以0.125 mm为粗细颗粒分界粒径, 监利—螺山段呈现汛期、蓄水期"粗淤"而枯水期、消落期"冲细"现象; 螺山—汉口段各粒径组泥沙均发生冲刷, 且流量越大冲刷量越大。在此基础上, 通过建立流量—分组输沙量关系并根据水流挟沙力公式, 发现建库后沙市—监利、螺山—汉口河段冲淤受泥沙、水力因素共同作用, 其中泥沙因素对沙市—监利河段影响大于螺山—汉口河段; 监利—螺山河段"淤粗冲细"主要受含沙量恢复程度的影响, 与上游河床冲刷补给及本河段粗、细颗粒泥沙交换有关, 反映了冲刷条件下河道通过水流挟沙能力级配调整加大输沙能力。     

Fine sediment transport and accumulations at the mouth of the Seine estuary (France)

A comprehensive study of fine sediment transport in the macrotidal Seine estuary has been conducted, including observations of suspended particulate matter (SPM), surficial sediment, and bathymetric data, as well as use of a three dimensional mathematical model. Tide, river regime, wind, and wave forcings are accounted. The simulated turbidity maximum (TM) is described in terms of concentration and location according to tidal amplitude and the discharge of the Seine River. The TM is mainly generated by tidal pumping, but can be concentrated or stretched by the salinity front. The computed deposition patterns depend on the TM location and are seasonally dependent. The agreement with observations is reasonable, although resuspension by waves may be overestimated. Although wave resuspension is likely to increase the TM mass, it generally occurs simultaneously with westerly winds that induce a transverse circulation at the mouth of the estuary and then disperse the suspended material. The resulting effect is an output of material related to wind and wave events, more than to high river discharge. The mass of the computed TM remains stable over 6 months and independent of the river regime, depending mainly on the spring tide amplitude. Computed fluxes at different cross-sections of the lower estuary show the shift to the TM according to the river flow and point out the rapidity of the TM adjustment to any change of river discharge. The time for renewing the TM by riverine particles has been estimated to be one year.