海啸波作用下泥沙运动——Ⅰ.岸滩剖面变化分析

在波浪水槽实验的基础上,对海啸波作用下的岸滩剖面演变规律开展研究。实验采用1/10~1/20的组合坡度,考虑3种不同的水深,选取N波作为入射波,同时采用规则波和非规则波进行对比研究。实验对波高、波浪的上爬、回落和水跃过程、每个波作用后的地形进行了测量和记录。研究结果表明,水动力特性的不同造成了N波与规则波和不规则波作用下不同的岸滩剖面演变特点。N波作用下发生了明显的岸滩冲刷和淤积,水流回落时滩肩发生冲刷,高速薄层回流和出渗水流作用是滩肩冲刷的主要原因,离岸区水跃发生水流挟沙力降低,泥沙淤积呈沙坝剖面。     

海啸波作用下泥沙运动——Ⅱ.床沙组成变化分析

在波浪水槽实验的基础上,对海啸波作用下的床沙组成变化规律开展研究。实验采用1/10~1/20的组合坡度,选取N波作为入射波。实验对波高进行采集,对波浪的上爬、回落和水跃过程进行拍摄记录,对每个波作用后的地形进行测量,并对初始和最终的床面顶层泥沙进行采样筛分。实验结果表明,N波作用下泥沙在离岸区水跃发生区域堆积,淤积沙坝泥沙粒径呈粗化趋势。同时采用规则波和非规则波进行对比,波浪作用后形成岸滩也为沙坝剖面,淤积沙坝泥沙粒径呈细化趋势,结果均遵循Çelikoğlu提出的泥沙运动的基本规律,细颗粒泥沙会在强烈的紊动作用下从床面中被筛选出来,并被搬运到低紊动地区,此过程造成了剧烈紊动区泥沙的粗化。     

海啸波作用下岸滩演变与床沙组成变化研究综述

从海啸波作用下岸滩演变、床沙组成变化、建筑物周围淘刷和数值模拟研究4个方面,总结分析了国内外的研究现状和最新进展,指出可控环境下的实验和数值模拟研究相对较少、床沙组成变化缺乏关注、建筑物周围局部冲刷机理认识不足、缺少多尺度数值模拟计算等是当前研究存在的主要不足。在特大型波浪水槽内开展实验研究、发展多尺度混合数学模型、完善海啸波作用下的泥沙输移计算理论等是未来研究取得突破的关键方向。     

海啸波作用下泥沙运动——Ⅳ.建筑物局部冲刷

基于波浪水槽实验,以沿海公路为对象,对海啸波作用下建筑物局部冲刷机理开展研究。实验采用1/10与1/20的组合坡度,选取N波作为入射波。实验对波高、波浪的上爬、回落和水跃过程、每个波作用后的地形进行了测量和记录。实验结果表明,N波作用下地形发生冲淤变化,在回落水流所形成的螺旋流作用下,路基向海侧形成明显的冲刷坑。路基所在位置是最主要因素,波高是次要因素,路基深度影响较小。路基位于滩肩侵蚀发生处,则最大冲刷深度相对较大。     

江苏淤泥质潮滩剖面演变现场观测

为探究江苏中部沿海双凸型剖面演变特性,在江苏盐城川东港南侧潮间带布设了10个水准观测站,2012年9月至2013年11月对该潮滩剖面演变过程开展了现场观测.结果表明:该潮滩剖面呈现出双凸型特征,平均高、低潮位线附近的滩涂形成淤积率较高的地形凸点;潮间上带受潮流影响小,滩面高程相对稳定;平均高、低潮位之间的区域滩面高程季节性变化明显,总体呈现冲刷状态;潮间下带冲刷显著,滩面坡度增大.全剖面自岸向海呈现"稳定—淤积—稳定—淤积—冲刷"的双凸型剖面特征.     

黄河下游漫滩洪水冲淤规律

滩地的淤积层分布记录着以往漫滩洪水的特征,即反映漫滩洪水的量级、频率和持续时间等,同时河漫滩也是预估河流泥沙、洪水灾害防治和湿地生态系统保护等的重要组成部分。根据黄河下游水文年鉴资料,分析滩地的淤积与漫滩洪水的定量关系,为未来河流泥沙预估提供依据。经分析得到大漫滩洪水在来沙系数S/Q<0.030 kg·s/m6时,主槽冲刷而滩地淤积,反之则滩槽同淤。当S/Q<0.030 kg·s/m6时,大漫滩洪水滩地的淤积量主要与漫滩系数Q_max/Q_p、上滩水量W₀和含沙量S有关;大漫滩洪水的主槽冲刷量则除了与洪水期水量W和沙量W_s有关外,还与滩地的淤积量有关。一般漫滩洪水,当来沙系数S/Q<0.023 kg·s/m6时,主槽冲刷而滩地淤积,反之则滩槽同淤。一般漫滩洪水主槽冲刷量与来沙系数S/Q和洪水期水量W有关,而滩地淤积量仅与含沙量S有关。黄河下游漫滩洪水滩地的淤积和主槽的冲刷主要发生在孙口以上河段,而孙口以下河段主槽冲刷和滩地淤积量均较少。     

海啸波作用下泥沙运动——Ⅲ. 数学模型的建立与验证

基于Boussinesq方程耦合泥沙运动和地形演变模型,建立海啸作用下泥沙运动数学模型。地形演变模型采用WENO差分格式,并将WENO差分格式与Lax-Wendroff格式和FTBS格式进行对比分析。运用Synolakis、Kobayashi和Young的实验数据分别对水动力模块和地形演变模块进行验证,数值模拟结果与实验数据吻合良好,模型能够很好地模拟海啸波的传播、破碎、上爬、回落过程以及岸滩的冲淤变化过程,该数学模型能够运用到海啸作用下的岸滩演变研究和预测中。     

南海典型海底滑坡的触发机制及其潜在海啸灾害评估

综合调查数据揭示南海域内发育大量海底滑坡,尤其是大陆坡区域。由海底滑坡触发的碎屑流、浊流和海啸等链生灾害,严重威胁深海基础设施及沿海地区人民生命财产安全,亟待进行研究。选取南海域内4处典型海底滑坡,研究其潜在的海啸灾害。在总结各滑坡构造背景和触发因素差异的基础上,提取各滑坡体的特征参数;使用NHWAVE与FUNWAVE-TVD模型组合模拟了滑坡体动态过程及海啸波的产生和传播过程。模拟结果显示,初始水深和坡度差异导致体积相近的白云滑坡和曾母暗沙滑坡触发海啸能力差异巨大。白云滑坡在源区可产生最高约12 m的海啸波,潜在灾害主要危及南海北部区域,尤其是华南沿海;位于较浅初始水深的曾母暗沙滑坡可产生高达约38 m的海啸波,危及整个南海中南部;中建南滑坡可产生近10 m的海啸波,影响范围主要局限于南海西部越南沿岸;西沙海槽北部陆坡滑坡产生的海啸波波高相对较小,约0.9 m。通过分析比较最大波高分布和海啸波传播特点等,发现海底滑坡触发海啸能力受到滑坡几何参数与运动学特性控制,复杂海底地形和海岸线改变了海啸波的能量分布,增加了沿岸海啸灾害评估难度。在南海开展典型滑坡—海啸模拟,建立滑坡—海啸数据库具...     

船闸泄水作用下引航道中动水冲沙规律

结合工程实际,研究利用船闸泄水进行下游引航道清淤,对减少清淤成本、提高通航效率有着重要的工程价值。建立枢纽及船闸下游引航道的二维水沙数学模型,采用已有模型试验对水流场和泥沙场进行验证。研究引航道及口门区的泥沙淤积规律,在此基础上,分析船闸输水系统的水力特性,研究了不同冲刷流量、冲刷时间和初始淤积厚度下引航道及口门区的冲刷效果,得出船闸泄水量与引航道及口门区最大淤积厚度的关系。结果表明,在同一初始淤积地形和冲刷流量下,引航道及口门区的最大淤积厚度与冲刷时间呈线性变化,冲刷流量越大,泥沙厚度下降的斜率越大。淤积厚度低于一定值后,随冲刷时间的增加,冲刷效果开始减弱。     

分汊河流江心洲洲头冲淤概化模型

分汊河流的江心洲洲头是分汊河段分水分沙和泥沙冲淤的动态区域,其冲淤过程受来水来沙和地形条件变化呈现冲淤交替。通过几何概化洲头的浅滩逆坡和侧向顺坡,考虑逆坡促淤和顺坡分沙作用,建立洲头浅滩的推移质冲淤的概化模型,推导洲头由淤积转向冲刷的临界流量表达式。上游来流量增加,洲头淤积速率先增加到最大值后逐渐减少,直至达到临界流量,再转向冲刷。洲头淤积速率与上游水面纵比降和床沙粒径成正比,与浅滩逆坡、侧向水面比降与顺坡成反比。若其他条件相同,洲头浅滩形状越不对称和上游来沙量越小,越有利于冲刷。模型预测武汉河段天兴洲的临界流量范围与水文观测值较为接近,对其出现超过某个大临界流量仍出现淤积的特殊性,给出的新解释是天兴洲洲头的整治工程使得在大流量条件下洲头抵抗冲刷和阻挡作用促进泥沙淤积。     

破碎波作用下沙质海床床面形态变化试验

波浪在斜坡沙质海床上破碎会加剧泥沙输移导致海床形态变化,研究破碎波作用下沙质海床形态变化机制对于岸滩演变分析极为重要。在波浪水槽中采用中值粒径0.47 mm原型沙铺设1∶20坡度的底床模型进行试验研究,测量不同波浪条件下床面形态和沙坝顶端悬浮泥沙浓度变化。通过测量和计算破碎带输沙率、沙坝尺度和沙坝移动速度,分析破碎波作用下沙质斜坡海床上床面形态变化规律。试验结果表明,破碎带沙坝顶端的悬浮泥沙浓度与水深和底部床面密切相关,在形成沙坝和沙坝水平方向移动时,悬浮泥沙浓度较大;斜坡上沙坝前后来回运动的周期大小具有随机性,沙坝既有向岸又有离岸移动;在多组波长时间作用后沙坝尺度趋于稳定,底床净输沙量趋于0。     

破碎波作用下沙质海床床面形态变化试验

波浪在斜坡沙质海床上破碎会加剧泥沙输移导致海床形态变化,研究破碎波作用下沙质海床形态变化机制对于岸滩演变分析极为重要。在波浪水槽中采用中值粒径0.47 mm原型沙铺设1∶20坡度的底床模型进行试验研究,测量不同波浪条件下床面形态和沙坝顶端悬浮泥沙浓度变化。通过测量和计算破碎带输沙率、沙坝尺度和沙坝移动速度,分析破碎波作用下沙质斜坡海床上床面形态变化规律。试验结果表明,破碎带沙坝顶端的悬浮泥沙浓度与水深和底部床面密切相关,在形成沙坝和沙坝水平方向移动时,悬浮泥沙浓度较大;斜坡上沙坝前后来回运动的周期大小具有随机性,沙坝既有向岸又有离岸移动;在多组波长时间作用后沙坝尺度趋于稳定,底床净输沙量趋于0。     

淤泥质浅滩泥沙临界起动切应力剖面确定

为了确定淤泥质浅滩泥沙的临界起动切应力垂线剖面,采用音叉密度计在淤泥质连云港徐圩浅滩进行了定点密度垂线分布测量,并针对该海域的泥沙利用长水槽和环形槽开展了泥沙起动室内试验。淤泥密度现场结果表明,浅滩泥沙密度与深度满足对数型关系;室内试验得出密度1 050~1 400 kg/m³的泥沙临界起动切应力值为0.1~1.0 Pa,泥沙临界切应力与密度呈指数关系;进而确定了临界起动切应力与深度的关系即临界起动切应力剖面,该剖面关系式可供数学模型模拟淤泥质浅滩的泥沙起动过程参考。     

基岩弯曲河段洪水水流结构的试验研究

低坡度基岩弯曲河流在地质构造控制区域广泛存在（床面坡度小于5‰）,洪水对基岩弯曲河流的河床淤积与侵蚀具有较大影响,但以往研究对基岩弯曲河流的洪水动力结构认识不足。通过几何概化基岩弯曲河段,考虑Froude相似与边壁粗糙,建立基岩弯曲河道概化模型,分析洪水下的弯道水面线分布、时均流场与湍流结构特性。结果表明:在洪水流量下,弯顶上游出现最小水面横比降、凸岸水流分离、凹岸双环流发育、流速下潜且二次环流强度达到最大,在弯顶下游水面横比降达到最大并出现环流分裂;床面切应力分布于凸岸水流分离以及弯顶上游中心区域,横向动量输移集中于弯顶上游。试验结果为基岩弯曲河道中的床面侵蚀与沿程淤积提供了水动力方面的解释。     

分层岸滩侧蚀坍塌过程及其水动力响应模拟

非均质岸滩广泛分布于冲积河流中,其侧蚀过程沿垂向具有分层特点。基于全三维水沙模型及河岸侧蚀坍塌力学模式,提出动态网格跟踪技术,构建了非均质岸滩侧蚀沿垂向差异的三维动力学模拟方法。以连续弯道概化水槽为例,模拟分析了非均质河岸侧蚀过程中三维水流结构的响应特征。研究结果表明:坡脚冲刷后,底部主流向凹岸偏移,在已有弯道环流的基础上,于坡脚处出现一反向次生流;上部粘性土层坍塌后,崩塌土体堆积于坡脚处,上部主流明显左偏,下部次生流消失;随着坡脚堆积体的冲刷搬运,下部主流进一步向凹岸偏移;如此循环,主流不断向凹岸偏移,致使岸坡持续崩退、河道摆动。     

分层岸滩侧蚀坍塌过程及其水动力响应模拟

非均质岸滩广泛分布于冲积河流中,其侧蚀过程沿垂向具有分层特点。基于全三维水沙模型及河岸侧蚀坍塌力学模式,提出动态网格跟踪技术,构建了非均质岸滩侧蚀沿垂向差异的三维动力学模拟方法。以连续弯道概化水槽为例,模拟分析了非均质河岸侧蚀过程中三维水流结构的响应特征。研究结果表明:坡脚冲刷后,底部主流向凹岸偏移,在已有弯道环流的基础上,于坡脚处出现一反向次生流;上部粘性土层坍塌后,崩塌土体堆积于坡脚处,上部主流明显左偏,下部次生流消失;随着坡脚堆积体的冲刷搬运,下部主流进一步向凹岸偏移;如此循环,主流不断向凹岸偏移,致使岸坡持续崩退、河道摆动。     

港渠口门回流的泥沙淤积特性

根据水槽概化模型试验现象和结果,分析了盲肠式港渠口门回流的淤积特性,包括淤积模式、淤积形态、淤积物级配分选以及河床变形特点等.讨论了影响回流淤积的主要因素,建立了回流淤积率的估算公式,并对防止泥沙淤积的工程措施作了初步探讨.     

规则波作用下刚性挺水植物波生流试验研究

通过在波浪水槽中进行一系列物理模型试验研究规则波作用下刚性挺水植物波生流特性,测试了2种水深和不同入射波况条件下的波生时均流速并对比了挺水植物有茎与无茎时波生流的情况,基于假设检验分别对挺水植物的拖曳力长度尺度、植物特征参数建立模型。研究结果表明:在茎密度为60株/m2时,波生流仍以根部作用为主要因素,对沉水植物公式进行拓展,据此提出挺水植物时均流速最大值预测公式;茎部对时均流速均方根具有衰减作用,且茎部在根部及根部上方区域产生的相对衰减强度,与厄塞尔数呈抛物线函数关系;在簇状根系分布下,茎部对垂向流速结构起稳定作用,尤其是在时均流速最大值所对应的量纲一垂直位置。     

攀枝花大河流域仁和街幅地质灾害遥感调查与分布规律分析

通过对攀枝花大河流域仁和街幅地质灾害的遥感解译和现场调查,共获得地质灾害点61处,其中以崩塌滑坡为主,泥石流次之。在此基础上,利用GIS空间分析方法对灾害点的空间分布与距水系距离、距断层距离、地形坡度、海拔高程、地层岩性的关系进行统计分析。结果表明:地质灾害点分布较少;崩塌滑坡主要受水系控制,沿水系呈线状分布,在距离水系300m范围内分布密度最大;海拔高程、地层岩性和距断层距离都是影响崩塌滑坡分布的重要因素;崩塌滑坡主要分布在海拔高度1 300~1 600m范围内;距断层1km范围内,崩塌滑坡分布密度最大;软弱半成砂岩、泥岩出露的地方更易发生地质灾害;在坡度0°~15°范围内,分布密度最大。     

海南岛三亚湾海滩研究*

海南岛三亚湾及其周边海滩可分为两种主要类型:一类是岩礁海岸海滩,发育于基岩和珊瑚礁岛波影区或珊瑚礁平台后侧,多为背叠式砂砾滩,滩窄、坡陡,具有数道陡坎,在岛礁背风侧常发育不同阶段的连岛坝,如白排人工岛西南端海滩、鹿回头湾大洲后侧及对岸的海滩、鹿回头湾和小东海海滩;另一类是沙坝海岸海滩,发育于向外海敞开的大沙坝的向海侧,海湾内砂质沉积物丰富,形成滩脊式或背叠式砂质滩,滩面宽坦,物质较细,如三亚湾和大东海海滩。因湾口朝向与湾内岛礁分布发育情况不同,湾内受常浪和台风强浪作用的强度与频率不同,加之现代泥沙补给情况的差异,这一类海滩的形态结构亦不尽相同。如三亚湾西侧近岬角处,波能辐聚,动力强,侵蚀作用突出,滩面呈近直线形倾斜,并形成两道陡坎;三亚湾中部,受岛礁保护,滩面宽阔,波浪消能空间充足,物质丰富,发育滩脊型海滩,滩面呈上凸形,基本稳定;三亚湾东侧,虽有岛礁掩蔽,但由于人为修建的绿地草坪带和水泥碎砖石小径等,建设高度过低, 束狭了激浪带的自由作用宽度,减小了波浪消能范围,破坏了海滩的整体结构,同时阻断了沙坝向海滩的供沙, 使滩面坡度加大,物质粗化,局部与小径相接处形成侵蚀陡坎、椰树等倾斜,呈侵蚀状态。