波浪与水流共同作用下的底砂起动

研究波浪与水流共同作用下底砂的起动,对于研究和解决河口海岸地区的冲淤变化、沿海航道的变迁、堤岸工程和闸下淤积的疏(氵尤夂)等问题,以及从理论上和实践中分析泥沙回淤及输沙量都具有重要的现实意义。 本文通过理论推导和实验观测,对波浪、水流共同作用下的底砂起动进行了研究探讨。     

波浪作用下细颗粒泥沙起动试验研究

长江口北槽中下段滩面泥沙以粉砂和极细砂为主,在风浪条件下极易起动,形成近底高浓度含沙层,成为航道淤积的重要泥沙来源。采用长江口北槽中下段滩面现场泥沙,进行了波浪作用下泥沙的起动试验研究。试验结果表明:相同水深条件下,波浪周期越长,泥沙的起动波高越小;相同波浪周期条件下,水深越大,泥沙起动波高越大;对于自然密实1天的泥沙,波浪作用下的起动临界剪切力平均约为0.325 N/m2。本次试验结果和已有的波浪起动公式计算结果以及已有的试验结果进行了比较分析,结果均比较一致。     

基于潮间带现场数据的底部切应力算法对比

底部切应力作为水动力和泥沙输移模型中的关键参数,对底床泥沙起动、侵蚀淤积速率的研究十分重要.目前基于现场实测流速数据计算底部切应力的理论方法有6种:LP-mean法、LP-max法、TKE法、TKE W法、RS法和ID法,这些方法都有其特定的适用条件.河口海岸浅水区域水流和波浪作用复杂,遴选合适的方法计算底部切应力非常...     

海滩沙在波浪作用下的垂向分异试验研究

自然条件下的海滩并非由均一粒径的泥沙组成,在波浪作用下会发生泥沙分选。本文针对全级配沙床,开展水槽试验,研究不同波浪动力对海滩沙垂向分异特征的影响。实验结果表明:波高对海滩沙垂向粒度分异性结果影响较大,大波高作用下沙坝处垂向泥沙粒度变化受波浪影响深度达8cm;小波高作用下,由于波能相对较小,波浪第一次触底产生的紊动较弱,使得垂向泥沙粒度变化较小。相同波高不同周期波浪作用下的垂向泥沙分异特征的差异主要表现在上冲水流和重力回落流共同作用下携沙能力的不同。     

粉砂质海岸大风天泥沙运动研究

根据黄河三角洲五号桩海域6级大风前后现场悬沙、沉积物和实测水流资料,研究了淤泥质粉砂海岸大风过程后泥沙分布特征和运动规律。发现大风天气海底泥沙对波浪作用反应灵敏,悬沙和底沙分布规律与波浪作用吻合,为波浪作用下海底泥沙运动的理论研究以及海区工程开发提供了科学依据。     

潮流作用下河口悬沙运动二维数学模型

对于粉沙淤泥质河口和第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,需要首先先进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,一维悬沙不平衡输沙方程和海底变 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。     

波浪作用下的泥沙尖点突变起动模式

本文基于尖点突变理论,针对泥沙运动的复杂特征,建立了波浪作用下的泥沙起动模式,确定了希尔兹极值、相对粒径和反映波浪与泥沙之间相互作用参数的非线性方程,并对该方程进行了拓扑变换。该模式的计算结果与波浪水槽试验资料的对比分析说明,该模式尽管存在一定的系统误差,但是对于波浪作用下的泥沙起动流速的求解和运动状态判别与试验值基本吻合,进而证明了泥沙起动的突变特性和该模型的适用性。     

波浪作用下的床面剪应力

在海滨条件下,波浪是一个重要的动力因素.为了研究波浪在浅水区传递的衰减过程,需分析波浪在浅水区传递过程中的能量损耗,这就与波浪作用下的床面剪应力的正确决定有关.在研究近岸区底沙运动的过程中,其中有两个重要问题需要着重分析:一是波浪作用下的底沙起动;二是波浪作用下的底沙输送.为此,要对波浪作用下的床面剪应力问题进行探讨.     

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，     

崎头洋附近群岛水域泥沙特征及悬沙来源分析

依据实测水文泥沙资料分析舟山群岛南部崎头洋附近海域的悬沙与底沙特征,建立该水域二维潮流数学模型,同时根据底沙及悬沙的粒径分布和潮流的运动路径对该海域的悬沙来源做进一步分析.指出崎头洋附近群岛海域的悬沙除部分来源于潮汐动力作用下的底沙起动再悬浮之外,主要是杭州湾附近灰鳖洋水域的泥沙在潮汐动力作用下经群岛西北方向水道进入群岛内部水域的,进而在潮动力作用下经由东南方向水道进入东海及象山港附近水域.     

台风作用下长江口北槽挟沙能力研究

台风作用下水体的挟沙能力研究对深入认识台风暴潮作用下泥沙运动规律、滩槽演变特征以及提升数学模型和物理模型技术等方面具有重要意义。文中从台风波能对泥沙的悬浮作用入手,建立了台风浪作用下的挟沙能力公式;依据能量叠加原理,完善了传统的河口海岸挟沙能力公式（窦国仁挟沙能力公式）,使公式能够同时概括潮流、波浪和台风浪作用下的泥沙运动特征,并应用近年来长江口北槽实测的台风期近底水沙资料对公式进行了率定验证,在此基础上分析了台风期北槽近底含沙量变化特征。     

波流共同作用下的底部剪切力研究

介绍了波浪和水流、波浪和潮流共同作用下的底部剪切应力研究现状,对潮流模型和有波浪时的波浪-潮流模型进行了描述,给出了模型中参数的形式,提出了今后波浪和水流、波浪和潮流的研究方向.     

动、定砂床底部剪切力对比试验研究

在河口海岸工程中,常常会面临岸滩冲蚀、岸线演变、航道淤积、建筑物底部淘刷等涉及泥沙起动和输运的问题,而水流对底床的剪切力是研究泥沙起动与输运的重要参数。本文利用自行设计的底床剪切力测量装置,在不同流速的水流中,分别在固定砂床(定床)和可移动砂床(动床)上进行了底部剪切力的直接测量;同时,根据试验中声学多普勒流速仪(ADV)测得的流速信息,采用湍流动能法对底床剪切力进行了估算。结果显示:当比例系数取值0.19时,估算出的底床剪切力与测量值吻合较好。对测量结果进行分析后发现,流速较小、砂粒未起动时,动、定砂床上的底部剪切力大致相同;在有砂粒起动的情况下,动床上的底部剪切力比定床上的大,相对差值最大约20%。因此当涉及底床剪切力的问题时,需要先确认床面形式,然后再进行分析研究。     

莱州湾西部海域表层沉积物运移趋势

根据2007、2014和2015年莱州湾西部海域238个表层沉积物取样和分析资料,利用二维粒径趋势分析方法(GSTA)分析了研究区海域表层沉积物的运移趋势,并探讨了潮流和波浪对海底泥沙起动的影响。结果表明,研究区内分为多个沉积中心和侵蚀中心;单纯潮流作用能起动大部分表层沉积物,不能起动的区域主要集中在废弃黄河口西南侧近岸海域以及潍坊港东北侧海域;波浪作用下泥沙强烈活动水深范围广泛。     

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     

黄河三角洲海底土波致再悬浮研究

在现代黄河三角洲采集土样,制备室内水槽试验的底床,施加波浪作用,观测波致悬沙含量的变化规律,分析不同波高、作用时间对单位面积底床再悬浮量的影响,及波浪停止作用后悬浮泥沙的静水沉降规律。研究发现,在水深一定条件下底床再悬浮量呈现随波高增大而增大的特性,两者线性拟合的相关性很好;在一定波高的波浪连续作用下,约5 000~6 000个波周期底床再悬浮过程完成;在波浪作用初始阶段底层悬沙含量与中上层的相差很大,悬沙含量垂线结构呈斜线型,稳定阶段的悬沙浓度垂向结构呈准直线型,底层与表层含沙量比值为0.98~1.25,整个水层含量分布均匀;静水沉降过程中当悬沙含量大于1 g/dm3,悬沙含量(SSC)呈现出随时间指数衰减的规律,悬沙浓度与沉降通量呈线性关系。研究结果对认识黄河水下三角洲泥沙运移规律具有一定的科学意义。     

双台子河口区悬沙分布和运移特征

利用海流与悬沙含量实测资料相结合的方法，对双台子河口悬沙运动进行分析。结果表明本区含沙量与波浪、潮流等水动力关系密切，双台子河悬浮泥沙中的细颗粒物质经落潮流搬运至较深水域的潮道和浅海进行沉积，泥沙入海沉积后，接受海洋水动力作用的改造，部分细颗粒物质在水动力作用下会再次起动、运移。悬浮泥沙中的细颗粒物质主要有两个来源：一是波浪、潮流输运而来的大辽河、大凌河等河流物质，二是波浪、潮流对周边海域沉积物质的搬运。1990--2002年研究区整体处于淤积状态，淤积物主要为粒径在2～4Φ的粗颗粒物质，这些物质主要来自于波浪、潮流对河口潮滩的侵蚀、冲刷。     

黄河三角洲孤东海域沉积物及水动力

根据黄河三角洲孤东近岸海域表层沉积物取样、水文泥沙观测和风浪资料推算,分析沉积物特征和运移趋势,并通过水动力条件(潮流和波浪)探讨沉积物起动和输移特征。结果表明,孤东海域沉积物多为粉砂类物质,由内向外逐渐变细,分选变差,丁坝的修建对周围粒径分布影响明显;沉积物运移趋势受风成余流、岸线轮廓和丁坝工程修建的影响,不同区域表现为不同的输移方向;研究区水动力表现为波浪掀沙、潮流输沙的特征,由于潮流较小,不足以引起泥沙的起动,泥沙起动主要由波浪引起。     

粉沙质海岸波流作用下水体含沙量及其垂线分布试验研究

通过长水槽试验和理论分析研究了粉沙在波浪及波流作用下的基本运动特性。根据挟沙水体能量耗散平衡原理,提出波浪及波流作用下水体平均含沙量计算公式;假定泥沙扩散系数沿水深呈线性关系,由泥沙扩散系数和能量耗散相关,提出波浪及波流作用下临底含沙量和垂线分布计算公式,其计算值和实测值基本吻合。     

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。