珠江口悬浮泥沙迁移数值模拟

建立了珠江口海域三维悬浮泥沙的非饱和输沙数学模型,并与珠江口三维水动力斜压模型耦合,对悬沙迁移分布进行了模拟。模型由4个点的逐时实测含沙量过程进行了验证。各点模拟含沙量与实测含沙量吻合较好,表层分布与同期珠江口悬沙分布遥感图像基本一致.模拟结果表明,珠江口海域悬沙分布分层明显,河口附近水域大多为底层含沙量大于表层,但在盐淡水交汇处出现中层含沙量最小的情况总体上,自各个口门输出的泥沙受沿岸流作用向西南万向输送明显。大多数河口落潮时相对涨潮时含沙量等值线外移,反映珠江口水域悬浮泥沙主要来自河流。     

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     

灌河口沿岸流场的数值模拟

苏北灌河的入海口门处有沙咀,其岸形和底形都比较复杂。本文对潮流、波浪流和灌河径流综合作用下的口外沿岸流场进行了数值模拟。用一、二维联合法求解。口外水域用有限元模式求解,口内河道用一维显式差分求解。用现场资料和公式推算分别对计算的潮流场和波浪沿岸流进行了验证,结果令人满意。     

潮流、波浪综合作用下河口二维悬沙数学模型

本文根据河口水流动力特性和泥沙变化规律，把波浪运动概化为具有时均意义的波浪流分布场，将“波流幅射应力”、“波流摩阻力”以及“波流挟沙力”三个要素归纳到水流运动方程和悬沙输送方程中去，构成潮流、波浪综合作用下河口二维悬沙数学模型计算系统。通过对珠江口黄茅海悬沙冲淤过程的实际算例，表明该系统模拟河口悬沙在潮流和波浪综合作用下的分布特性和冲淤趋势方面，具有良好的应用前景。     

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。     

灌河口外航道整治模型试验研究

灌河口外为粉沙淤泥质海岸,口外沙嘴发育,形成主、副槽,拦门沙浅区水深仅2 m左右,波浪掀沙作用强烈,水沙运动复杂。利用波、流共同作用下物理模型试验研究灌河口外拦门沙深水航道整治后水动力变化及航槽回淤,特别是台风浪情况下航道骤淤问题。研究表明:灌河口外海域动力条件、泥沙环境以及工程涉及问题复杂,双导堤配合航槽疏浚整治工程能有效发挥减淤效果,通过双导堤间过流断面积补偿能有效降低工程对新沂河排洪的影响,正常条件下航道开挖年回淤约190~330万方,台风浪骤淤约为180万方,建议导堤根部加高以减少口门附近航道回淤。     

长江口区河海划界自然条件及方案探讨

河口是河流与海洋交互作用的过渡区域,河口水域河海划界是一个十分复杂而敏感的问题.通过对长江河口段自然条件的分析,选取了相对比较稳定的几个相关参数:水域性质、潮汐特征、盐水入侵、悬沙浓度、河槽特性和沙岛形成过程等,作为长江口区河海划界的指标.水域性质是宏观上确定河海划界范围最基本的自然参数.潮汐特征的沿程分布和变化是河海划界的重要要素.盐水入侵是河口地区的普遍现象.悬沙浓度的沿程变化从一个侧面反映了径、潮流共同作用的产物,也可作为河海划界的参数之一.南支以上河段,河床纵断面变化显著,深槽浅滩起伏分布;南支河槽在浏河口以下,水深变化不大,一般在20 m之内,床面较平坦、起伏甚小,至口门一带水深均在10 m之内,明显反映了径、潮流共同作用的结果,显示了这一带是河海过渡段的特点.河口沙岛是河海相互作用下的沉积地貌,其推进状况也是河海划界的重要标志之一.从历史的角度看,随着长江口沙岛的形成和推进,河海界线有不断下移的趋向.据此探讨性地提出河海划界的3种方案:方案Ⅰ位于河口段的中部,界线的中部走向基本上是长江口第一代沙岛(崇明岛)与第二代沙岛(长兴、横沙)的分界线;方案Ⅱ以浏河口-崇明岛上口-北支沪苏分界线;方案Ⅲ位于口门附近.推荐方案Ⅰ作为上海市(长江口)河海划界的界线,仅供有关部门参考.     

长江口悬沙动力特征与输运模式

本项研究用ADCP在长江河口进行高频、高分辨率三维流速和声学浊度的定点观测,通过对定点站位潮周期内的悬沙浓度、流速和盐度的分析,计算悬沙输运率;悬沙输运机制分析表明平流作用、斯托克斯漂移效应在悬沙输运中占据主导地位.此外,从河口内向河口外,潮周期内的水动力特征与悬沙净输运具有明显的地域性差异,主要表现在悬沙输送的贡献因子、盐度的垂向混合和分布特征、垂向流速等方面.在拦门沙下游和口外地区,悬沙均向西、北方向输送,而拦门沙上游则向东、南方向输送.这种悬沙输运格局,对于长江口拦门沙及附近最大浑浊带的形成有着重要的作用.     

河口环流和盐水入侵Ⅱ--径流量和海平面上升的影响

本文利用本序列上篇论文建立的理想河口数值模式,研究径流量和海平面上升对河口环流和盐水入侵的影响.在径流量增大的情况下,口门内表层向海的流速增大,底层向陆的密度流减弱,滞流点下移.口门外侧向口门的密度流增大,上升流趋于增强.口门内盐水入侵减弱,口外盐度减小、冲淡水扩展范围增大.在口门上游北岸底层盐度下降明显,口门处南岸表层盐度下降明显.径流量变化对盐水入侵影响十分巨大.在海平面上升的情况下,拦门沙区域向陆的密度流增强,滞流点上移,表层向海的流动增大.口门内盐水入侵增强,口外盐度增大,冲淡水扩展范围减小.海平面上升对盐水入侵影响十分明显,北岸底层盐度增大尤为特出.     

黄河口挑河河口悬沙分布与输移特征研究

基于实测资料对黄河废弃河道挑河河口段的悬沙分布及输移特点进行了研究。结果表明:挑河河口段悬沙浓度与潮流流速正相关,风浪作用则导致悬沙质量浓度大大提高;在空间尺度上悬沙浓度呈河口高、河道上游低的特点;挑河河口附近,涨潮流输沙明显占优势,向河道内侧,悬沙输移率有所降低,且逐渐转变为落潮输沙占优势。结合河口外侧海域冲淤演变趋势以及悬沙输运动力机制,认为河口段河道总体处于弱淤积状态,而风浪作用可以加速河道淤积。本研究可为挑河的河口演变和航道整治等提供参考。     

应用数值模拟方法探讨河口最大浑浊带若干机理

利用平面二维潮流方程结合悬沙输运方程模拟了河口最大浑浊带现象。并且对河口边界进行进一步概化 ,比较了恒定流与非恒定流、稳定源与非稳定源、矩形河口与线性河口等不同条件下河口悬沙浓度的平面分布特点。结果表明河口地形边界和非恒定潮流作用对河口最大浑浊带的悬沙富集有重要贡献。     

应用数值模拟方法探讨河口最大浑浊带若干机理

利用平面二维潮流方程结合悬沙输运方程模拟了河口最大浑浊带现象。并且对河口边界进行进一步概化,比较了恒定流与非恒定流、稳定源与非稳定源、矩形河口与线性河口等不同条件下河口悬沙浓度的平面分布特点。结果表明河口地形边界和非恒定潮流作用对河口最大浑浊带的悬沙富集有重要贡献。     

江苏灌河口现代沉积速率的研究

本文对1994年所采集的灌河口外11个沉积柱样进行了沉积结构和210Pb放射性分析,研究了该区的现代沉积速率.河口沙嘴区的沉积物主要为极细砂和粉砂,沙嘴的形成是波浪、潮流、沿岸流以及径流综合作用的结果.根据210Pb测年法,灌河口外沙嘴的现代沉积速率为0.11～1.1cm/a,不同的地貌部位沉积速率不同.沙嘴东北海区为侵蚀区.     

灌河口潮汐不对称数值模拟研究

建立灌河口平面二维潮流数字模型,并在灌河口口门至陈家港河段沿程布置5个采样点和3个横向断面,通过对各采样点一个月数值模拟结果进行调和分析,得出灌河口M2分潮及其主要倍潮的基本特征,然后利用潮位-流速关系图及通过对动量方程中各项的统计计算,研究了灌河口潮波运动的基本动力平衡、M2的主要倍潮的产生机制及其对潮汐不对称现象的影响。研究认为:灌河口潮汐潮流均属正规半日潮型。M4、M6分潮对于灌河口潮波变形有着重要的影响,M8分潮除在浅滩处外对潮汐不对称的影响很小。在深槽处M4分潮导致最大落(涨)潮流速减小(增大),最大涨(落)潮流速与最高(低)潮位之间的相位差增大。M6分潮的影响与M4基本一致,但其作用明显小于M4分潮。在浅滩处M4分潮导致最大涨落潮流速均大于M2分潮的值,M6和M8分潮使最大涨落潮流速均出现在高潮位附近,但M6、M8使最大涨潮流速减小,而使最大落潮流速增大。外海边界处倍潮波的传入对于口门附近的潮汐不对称有一定影响。M4和M6分潮导致灌河口的潮汐不对称表现为涨潮主导型,潮波运动主要受到压强梯度力、非线性对流和底摩擦力,三者与局地惯性力构成灌河口的基本动力平衡,摩擦力并不是最重要的作用力。     

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.     

辽东湾顶部海区潮流与悬沙分布规律研究

本文基于大量现场实测海流和悬沙资料,以及潮流场数值模拟结果,定量地揭示出辽东湾顶部海区涨、落潮流平均流速和悬沙的分布规律.研究成果表明,本海区的海流以潮流占主导地位,其主流向呈NE-SW向往复性流动,与悬沙输沙方向大体一致.东部潮流强于西部,涨潮平均流速普遍大于落潮,随着水深变浅,平均流速由近岸向浅海递增,呈幂函数分布规律.而悬沙分布浓度高值区均位于河口近岸段,向浅海递降,其分布规律呈指数函数关系.悬沙量分布为双台子河口之西高于东部,涨潮悬沙量普遍大于落潮,底层明显大于表层,大潮(涨、落)平均流速和平均含沙量等值线分布趋势基本相一致,但两者之间呈负相关线性关系.     

伶仃洋河口水域纳潮特性分析

为阐明伶仃洋河口水域纳潮现状和特性,分别采用经验公式和建立贴体曲线坐标系下的珠江河口二维数学模型的方法,对河口伶仃洋水域的纳潮特性进行了分析和探讨.数学模型的离散和求解采用纯隐格式的混合有限分析法,根据实测资料对其进行了验证.比较显示,采用实测资料和经验公式计算到的伶仃洋水域纳潮量与数学模型的计算结果相差在5%以内,从而证实了数学模型的可靠性.结果表明,伶仃洋海域的主要纳潮口门为伶仃洋口门,约占总纳潮量的87.7%,通过香港暗士顿水道进出的潮量仅占12.3%左右,显示伶仃洋口门为该海域的主要径潮通道,对该河口的防洪和生态具有重要的作用     

长江分汊河口涨、落潮悬沙不对称特征及季节性差异

入海河口由于径流的存在以及河口地貌形态的影响，存在涨、落潮水动力、悬沙以及盐度分布等不对称现象，同时这一不对称现象还存在显著的区域性和季节性差异。根据2013年7月和2014年1月洪、枯季长江口定点准同步水文泥沙调查结果，发现长江口分汊型河槽悬沙浓度在时间上存在洪枯季、大小潮不对称特征，在空间上存在东西向沿程分布、南北向横向分布以及垂向上表底层分布不对称特征。河势演变形成南、北支河口涨、落潮悬沙浓度不对称分布的整体格局；洪、枯季变化影响河口涨、落潮悬沙分布的再分配过程；大潮涨、落潮过程对悬沙分布不对称影响显著大于小潮；季节性风浪作用影响河口最大浑浊带涨、落潮悬沙不对称南北差异；底部高含沙浓度对口门段涨、落潮悬沙不对称性贡献显著。     

鸭绿江河口地区沉积物特征及悬沙输送

根据鸭绿江河口区4个站位的潮周期测量数据和3个柱状样的粒度数据，对悬沙的输送规律以及口门地区最大浑浊带的形成机制、悬沙输送方向以及物质来源和动力条件进行了分析。计算分析表明，鸭绿江是一条落潮流占优势的河流，平均流作用、斯托克斯漂移效应以及水深与悬沙浓度的潮变化引起的悬沙输送是其河口区最主要的悬沙输送机制。3个柱状样粒度参数自东向西的变化反映了鸭绿江辽口西侧沿岸地区动力条件和沉积环境的变化：沉积物的平均粒径变小，分选变差，并且更正偏，物源的多元化特征逐渐增强。物源和河口区沿岸沉积动力环境的差异以及潮相的周期变化使3个柱状样中的环境敏感粒度组分对应着不同的粒径分布区间。     

特大洪水期间长江口浑浊带分粒级输沙特征

基于2020年7月特大洪水期间长江口浑浊带南槽、北槽和北港多站位同步实测水沙动力数据,研究了河口浑浊带分粒级输沙时空特征及其对泥沙来源响应的指示意义,结果表明：1）北港和北槽是流域泥沙净向口外输移的主要输沙通道,南槽是海域泥沙净向口内输移的主要输沙通道,主槽内粉砂是主要输沙组分,占比63.2%,口外粉砂和黏土是主要输沙组分,分别占43.2%、40.9%;2）大潮粉砂输运占比高于小潮,黏土输运占比低于小潮,口外测站砂组分在大小潮期间在横沙浅滩和九段沙间沿岸输移,横沙浅滩附近大、小潮离岸输沙分别是北港口外的1.7倍和8倍,不利于横沙浅滩淤涨;3）当前流域减沙高达70%,此次特大洪水期间黏土、粉砂和砂三组分近底净向口内输移为减沙背景下的口外供沙提供了有力的佐证。