整治工程影响下分汊河口水动力变化研究

本文针对分汊河口一侧河道整治工程对工程汊及非工程汊水动力的影响问题,采用数学模型试验方法,建立了潮汐分汊河口概化数学模型,计算了整治工程(双导堤与丁坝)前后水动力变化,分析了主要分潮M2、M4的潮位、流速沿程变化规律以及工程后丁坝局部流速流向特征,讨论了潮波的变形及不对称性。结果显示,整治工程导致工程汊分流比减小,工程区域内流速增加,工程区外流速减小,非工程汊整体流速增加。工程汊的潮流变形及不对称性均较工程前有所增强,导致外海泥沙盐水通过航槽向上游上溯的距离更长,坝田区内流速明显小于航槽流速,并呈明显的旋转流态势,导致坝田淤积。     

长江口滞流点洪、枯季移动的数值分析

为研究长江口滞流点位置的季节变化,利用Delft3D-Flow模块建立长江口二维潮流数学模型,通过实测水文资料对模型进行验证。在此基础上,模拟长江口各汊道洪、枯季滞流点移动情况,并从各汊道沿程断面的落潮量、涨潮量和落、涨潮量之比3个方面进行了水动力分析。结果显示:洪季,北支滞流点在八滧港东北方向约1.9 km处;在南支各汊道中,北港滞流点位于鸡骨礁东北方向约10.0 km处,北槽滞流点位于牛皮礁东南方向约3.8 km处,南槽滞流点位于大辑山东北方向约14.1 km处。枯季,除北槽外,其余各汊道均出现两个滞流点,且北支的两个滞流点相距最远,分别在灵甸港西南方向约3.2 km处和六滧港东北方向约3.1 km处;北港滞流点分别在鸡骨礁西北方向约25.8 km和20.2 km处,北槽滞流点在横沙以西约5.3 km处,南槽滞流点分别在中浚西北方向约6.5 km和东北方向约5.5 km处。北支洪、枯季滞流点的移动距离为4.6~53.3 km,北港、南槽洪、枯季滞流点的移动距离分别为22.0~27.7km和34.6~39.2 km,而北槽洪、枯季滞流点的移动距离最大,为57.1km。长江口各汊道滞流点的移动反映了河流径流和海洋潮流的综合作用。     

潮流和径流作用下大沽河河口区水动力特性研究

基于Mike21软件,建立了潮流和径流作用下大沽河河口区水动力数学模型。利用数学模型,对纯潮流作用下的潮位、潮流进行了模拟,并与实测资料进行了验证;在此基础上,对大潮期间不同径流作用下的潮位、潮流进行预测分析。结果表明:随着径流量增加,潮位相应增加,潮差相应减小。高潮位时,径流量对潮差的影响较小。低潮位时,径流量对潮差的影响较大。随着径流量的增加,涨潮历时缩短,落潮历时增加,涨落潮历时比值降低;涨潮流速则变小,落潮流速增加;流向整体趋势变化不大。平水期径流条件下,涨急和落急时刻径流影响范围分别为65.5和120.2km2;丰水期径流条件下,涨急和落急时刻径流影响范围分别为144.9和165.0km2。     

长江口盐度的时空变化特征及其指示意义

2003年2,7月在长江口进行了枯、洪季大规模综合水文测验,布控范围西自江阴东至口外-20m,测验站点覆盖4条入海汊道.测验资料统计分析表明:(1)径流大小、汊道分流比、潮汐强弱和地形条件是控制盐度时空变化的主要要素;(2)在盐度空间分布上从大至小的顺序是:北支,南槽,北槽,北港口;(3)北支枯季发生盐水倒灌南支,而洪季可有一半以上区段为淡水所控;在其他3个入海汊道中,北港口门段是长江口盐淡水混合相对最弱的区段,盐度潮周期变幅最大,但洪枯变幅最小;南槽的盐淡水混合较强,盐度潮周期变幅较小,但洪枯变幅很大;北槽介于两者之间.(4)盐度时空变化反映洪季北支、南港和南槽分流比都有所增加.     

1982和2012年枯季长江口最大浑浊带悬浮泥沙和盐度垂向剖面特征对比

2012年1月在长江口北港、北槽和南槽水域纵断面开展枯季多船准同步观测,将获得的大小潮悬浮泥沙和盐度数据与1982年12月同水域调查结果进行对比分析。结果表明:2012年长江口最大浑浊带枯季悬沙浓度比1982年减小了约50%;北港、北槽、南槽相近测点的大潮垂向平均悬沙浓度相较于1982年分别减小了43%、60%和40%,2012年长江口表层平均悬沙浓度与1982年相比减少了约53%。北港断面浑浊带核心与1982年浑浊带核心位置相近;北槽浑浊带核心向内迁移;南槽浑浊带核心位置向外迁移。2012年与1982年枯季遥感反演的长江口同水域表层悬浮泥沙浓度也明显降低。在30年来入海泥沙持续减少背景下,长江口3条入海主汊的最大浑浊带特征依旧显著,径流与潮流的此消彼长、径流的季节分配不同以及口内汊道分流分沙比的变化影响了长江口最大浑浊带核心的移动,浑浊带悬沙浓度最高的地段也是盐度梯度最高的地区。     

瓯江口围填海的累积水动力效应

利用2005年、2010年、2012年的潮位、潮流及水下地形资料建立二维水动力数学模型,将瓯江口2002年～2011年的10个围填海工程划分成6个研究工况,以2002年为基准年,分析瓯江口海域不同时期的水动力累积效应。结果为:在南汊延伸至浅滩一期海域低潮位抬升,幅度在40cm以内;高潮位升降变化在10cm以内,其中灵霓北堤北侧略微抬升,其南侧有所下降;涨、落潮平均流速变化率大于1%的范围距离工程区20km以内,全潮平均流速在瓯江南北汊及口外延伸区、洞头峡水域有所增加;灵霓北堤以南、浅滩一期东南海域,大门岛与霓屿岛之间有所减小。研究表明,灵霓北堤和浅滩一期是研究区水动力环境影响的主要源,对南口及工程近区低潮位、涨潮流变化有明显的作用。因主要源存在互相抵消效应,故河口断面涨潮、落潮潮量的累积变化均小于1%。     

珠江河网典型横向汊道径潮动力时空差异性分析——以“南沙—南华”横向汊道为例

横向汊道对维持珠江河网径潮动力格局的稳定发挥着重要作用,研究其径潮动力时空演变过程及规律对粤港澳大湾区的防洪、供水和通航等具有重要意义。本文基于1966—2016年“南沙—南华”横向汊道沿程潮位站的逐日高低潮位数据及马口、三水水文站的日均流量数据,采用双累积曲线方法及T＿TIDE潮汐调和分析模型,分析了该横向汊道径潮动力的时空差异性。结果表明:1) 1993年为该横向汊道径潮动力的异变年份,1993年后横向汊道潮波振幅梯度绝对值与余水位梯度多年均值降幅分别为25%和38%; 2)强人类活动干预后该横向汊道径潮动力变化存在时空差异性, 1993年后口门南沙站潮动力减弱(M2与K1分潮振幅多年平均降幅分别为0.01m和0.02m),其他站点潮动力增强,潮波衰减效应在中游略有增强,而在上游和下游减弱,且夏季比冬季变化显著; 3)上述时空差异性受自然变化与人类活动的非线性累积影响。口门附近高强度的围垦叠加航道整治工程使得口门快速延伸,导致潮波传播阻力增大,而横向汊道上游高强度的采砂活动使得地形显著下切,导致潮波传播阻力减小;受上游流量与下游海平面季节性变化的叠加影响,横向汊道径潮动力变化在夏季...     

长江口深水航道整治工程不同阶段北槽河床冲淤特征的动力机制分析

本文使用数学模型的方法,探讨不同工程阶段(1998年1月至2008年2月)北槽河床冲淤特征的动力机制。应用Delft3D模型建立了精度较高的长江口～北槽三维嵌套流场模型,为分析整治工程对北槽河床冲淤的影响,设计了4个数值试验来计算不同工程节点时北槽海域的流场分析,分别采用相同的外部驱动力(洪季)和不同工程节点的北槽地形与工程配置。通过比较不同工程节点的潮周期平均流场的平面分布、典型横断面分布和航道剖面分布及变化,发现:随着导堤、丁坝工程的建设,新建导堤和丁坝对应区段的主槽水动力显著增强,可见"双导堤+丁坝群"的束流效果明显;新建坝田,受导堤、丁坝影响水动力急剧减弱。不同工程阶段影响下,北槽海域水动力的"强弱变化"分布与同期河床"冲淤变化"格局基本吻合,因此,深水航道整治工程阶段影响下的水动力强弱变化是引发北槽河床冲淤变化的主要动力因素。     

长江河口下段分汊口的组构模式

长江口自徐六泾以下呈三级分汉、四汉入海格局,比较稳定的径流过程和输沙过程、比较丰富的流域泥沙补给、中等强度的潮汐环境是长江口分汉水道形成、发育的主要水沙条件。分汉口态势变化对下游分汉水道的演变起着关键的作用。追溯了长江口南、北支、南、北港及南、北槽三个分汉口的变化过程,提挈出这三个分汊口在形态结构上的共同特征,概化出分汊口的“板块一沟槽”组构模式,阐述了诸“板块”的组合和分离、“沟槽”的生成和消失对分汊口态势变化的影响。     

夏季黄河入海径流对黄河口及附近海域环流影响的数值研究

基于区域海洋模式ROMS,建立了一个三维非线性斜压浅海模式,考虑了包括径流、风场、海面热交换以及黄渤海环流等因素,研究了夏季8月份黄河入海径流量对黄河口及附近海域环流结构的影响。数值实验较好地佐证了黄河冲淡水的"北偏"现象,并很好的体现了冲淡水对河口附近海域环流结构的影响。数值研究表明:黄河入海径流量对河口附近海域环流结构有显著影响,径流越大冲淡水向北-西北方向偏转越明显,同时流轴中心余流流速也显著增大;莱州湾顺时针环流受黄河入海径流影响显著,径流量越大越不利于该环流的发育和维持,而径流量越小环流越稳定;径流量越大导致河口附近海域表层余流加大,余流垂向梯度得到加强,底部补偿流增强,河口垂向环流越明显。     

江苏省长江干流沿程洪潮设计水位数值模拟研究

长江干流江苏段地处长江下游河口地区,全线位于感潮河段,沿程水位既受上游长江径流、外海潮位、台风的影响,也受到工情变化、支流入汇等影响。长江江苏段现行洪潮设计水位是按《长江流域综合利用规划简要报告》(1990年)中确定的无台风影响水位实施。近年来,由于上游水、沙、工情条件变化,开展上游大通径流、风暴潮、区间入汇等对沿程洪潮水位的影响研究十分必要。建立大通至长江口二维水沙数学模型与外海风暴潮模型,研究不同影响因素作用下长江干流江苏段沿程洪潮设计水位变化。研究成果表明:南京河段水位主要受上游径流影响;江阴以下主要受外海潮汐及风暴潮的影响;南京至江阴段则受上游径流、外海潮汐、风暴潮三者的共同作用影响。外海天文大潮、风暴潮"两碰头"和上游大径流、外海天文大潮与风暴潮"三碰头"引起的沿程增水值呈驼峰分布,最大值分别发生在江阴和天生港附近,最大增幅1.65 m。研究结果已为长江江苏段堤防防洪能力提升工程建设提供技术支撑。     

垂向二维潮流数值模型及其在长江口北槽的应用

应用变网格有限元方法，采用任意四边形等参单元，离散横向积分的Navier—Stokes方程，建立河口潮流垂向二维数学模型。应用此模型，对长江口北槽水域两个观测站的潮流水位、流速垂线分布和整个北槽潮流流速纵向分布进行了模拟。潮流水位、流速垂线分布的模拟值分别与观测站的实测值可以较为吻合，证明了本文模型的实用有效。模拟得到的涨急、落急时刻整个北槽潮流流速纵向分布给出了定性的结果。     

不同路径台风作用下长江下游沿线风暴增水分布研究

长江口受台风影响严重,台风风暴潮、上游洪峰及天文大潮相遇将致使长江下游至长江口水位暴涨,对沿岸至河口的防汛安全构成严重威胁。基于ADCIRC模型构建东中国海至长江口风暴潮数学模型,模拟9711号台风和0012号台风两场典型台风水位过程。以典型台风为基础构成多种台风路径,分析不同登陆位置和走向对长江沿线风暴增水影响。研究大洪水、不同路径台风、天文大潮共同影响下长江下游沿线风暴增水分布规律。结果表明:登陆位置处于长江口南侧情况下长江河道沿线增水大于正面登陆长江口和北侧登陆型台风;平行于长江河道方向移动的台风造成沿线增水大于斜向穿越长江口的台风,不同台风走向对于风暴增水影响程度小于登陆位置;台风风暴潮、上游洪峰及天文大潮“三碰头”情形下长江沿线增水分布呈单峰型,从大通至江阴不断增大,江阴至中浚维持高位,中浚至口外迅速减小。     

长江口北港口门海域悬沙输运机制分析

根据2012年10月24日至11月1日在长江口北港口门海域获取的沉积动力学数据,采用输运通量分解方法分析水沙输运机制。结果表明,长江口北港口门附近海域涨、落潮期间底部悬沙浓度与近底部流速呈显著线性相关,存在显著的再悬浮作用;潮周期内的悬沙输运具不对称特征,涨潮悬沙浓度大于落潮悬沙浓度,悬浮泥沙有向陆输运的趋势。拉格朗日平流输运是影响悬沙输运的主要贡献项;潮泵效应(尤其是潮汐捕捉效应)以及河口垂向环流作用是两个次要影响因素,在影响程度上前者比后者略大。观测发现,长江口北港口门海域潮流除了具有涨落潮流速、历时等不对称现象外,还具有流速结构不对称的特征,进而导致涨、落潮底部湍流混合程度不对称与输沙不对称,这可能是造成悬沙向河口内输运形成最大浑浊带的重要因素。     

钱塘江河口潮波特性变化及原因剖析

为掌握钱塘江河口潮波特性的响应机制，采用小波分析法研究了该河口 6 个潮位长期观测站的年平均高、低潮位及年平均涨潮历时等时间序列的变化特征，结合该河口实施的治江缩窄工程及径流周期性变化，探讨了该河口潮波特性时空变 化的因果关系。结果表明：1953—2017 年，钱塘江河口呈现出高潮位显著抬升、涨潮历时缩短，低潮位在河口上段略有抬高、中段大幅抬升、下段变化不大的趋势；受治江缩窄工程进展、位置以及径流周期性变化等影响，各站潮波特性的变化在时间上存在差异；钱塘江河口的治江缩窄工程加剧了河口下段的潮波变形和潮波反射，增强了河口上、中段的河流特性，导致高潮位抬升、涨潮历时缩短，是造成潮波特性变化的主要原因；径流直接影响河口上、中段的潮位和潮流，此外，还通过流速变化改变河床地形而间接影响潮波特性。     

2018年6月上海近海海域潮流特征分析

采用短期资料的潮流准调和分析方法,对2018年6月上海近海海域9个站位的同步潮流资料进行分析.分析结果表明:该海域潮流涨落潮不等现象显著,大部分站位的落潮流历时长于涨潮流历时,长江口内(C1～C3)落潮流最大流速远大于涨潮;该海域基本以半日潮为主,同时存在规则半日潮和不规则半日潮,考虑到该海域浅海分潮流具有较大的比重,...     

冰后期最大海侵以来长江,钱塘江河口湾发育过程的沉积动力学研究

利用二进流数学模型对冰后期最大海侵以来５期古岸线与现在岸线条件下古长江河口湾、古钱塘江河口湾及其邻近海域的主要水动力Ｍ２潮流场进行了数值模拟;在此基础上,分别计算了进入不同时期潮流场的７种粒径泥沙的潮平均单宽悬移输沙率与扒移输沙率及其相应的输沙率散度,据此得出不同粒径泥沙在当时潮流场中的悬移与推移输过趋势,划分了海 淤积区与冲刷区 同时期的潮流场作用下,长江入海泥沙除最大限度地沉积在古长江河口湾（     

天然感潮河道水流紊动特性分析

采用多谱勒三相流速仪，在长江口徐六泾水文观测断面分别进行了涨潮、落潮时中泓与近岸垂线的流速观测，根据这些观测资料，对天然感潮河段潮流紊动的周期、频率、概率密度函数等进行了定量的数学描述，并对时均流速、紊动强度、雷诺应力等沿垂线分布进行了分析计算。     

潮汐汊口水流结构和动力特性研究

潮汐汊口作为河网的重要单元,关系到水沙以及可溶污染物、营养物质的输运和分配,对河口三角洲的水文过程、地貌沉积和生态环境,都有至关重要的影响。本文选取国内最大的珠江河网的分汊顶点-马口、三水分汊,基于一个大潮潮周期内走航ADCP测量,分析潮汐汊口各个支汊的流速过程及三维流速的时空分布特征;结合非稳态的调和分析算法和小波连续变换确定汊口处主要的潮汐组分,利用潮流分离技术,剥离出占主导作用的潮波信号并探讨潮波动力在潮汐汊口处的空间分布形态。研究发现,由于潮波在西江马口和北江三水汊道内传播的不对称性,两汊间的流速过程存在1.5 h左右的相位差。而连接西北江的岗根汊道,由于存在频繁的水体交换和弯道水流的特性,岗根断面的动力作用较为复杂,其最大垂向平均流速在涨落急时刻分别向左、右岸偏移,横向断面均出现了显著的顺时针二次流。