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。     

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。     

海岸河口二维潮流可视化数学模型

经过多年的不同断的研究,逐步改进和完善了在海岸河口非常适用的,基于不规则三角形网格显式差分法的二维潮流数学模型,研制了潮流场可视化成品实用软件,将二者结合起来即构成了二维潮流可视化数学模,可视化数学模型不仅使数学模型可视化,直观化,而且加快了数学模型的调试速度,方便 了各种工程方案的比选,从而使用数学模型解决实际工程问题的效率大为提高。     

河口潮流垂向二维有限元数学模型

σ坐标变换在河口潮流数学模型中得到了广泛的应用。本文探讨了它在差分离散范畴内的适用性，并认为：在变换后的规则网格上，控制方程增添了若干个非线性项，使得模型更加复杂、计算工作量增加、增大了误差的可能性，为了建立简单、快捷和有效的河口潮流垂向二维数学模型。本文应用变网格有限元方法（不引入σ坐标变换。采用任意四边形等参单元）离散横向积分的Navier-Stokes方程。     

黄河河口二维泥沙有限元数学模型及应用(Ⅱ)--潮流和泥沙输运沉积过程模拟分析

利用多沙黄河河口潮波平面二维泥沙数学模型,通过典型时刻近海海区潮汐、河口口门河道、河海流场、含沙量、河床变形和海底等值线等图形对入海河口海域潮汐和潮流海洋动力特性、入海泥沙运动扩散输移规律、河口拦门沙形状、形成过程、泥沙冲淤和海底地形变化进行了分析,这些都与实测资料和遥感图像的分析基本一致。     

河口海岸二维悬沙数学模型挟沙力公式修正及应用

在河口海岸二维悬沙数学模型中,半潮或全潮平均的潮流挟沙能力并不能完全反映其逐时的实际情况,为此进行了分析研究。研究结果表明:1)应用半潮或全潮平均的潮流挟沙力公式进行悬沙数值模拟时,应引入一个修正系数;2)该修正系数与公式中的指数成反比,与相对水深成正比,且与相位角也存在一定联系;3)该修正系数理论正确、实用方便、验证成果良好,实例计算表明能够较好地复演天然悬沙场分布。     

黄海西朝鲜湾波浪潮流共同作用下二维潮流泥沙数值模拟与砂矿成矿分析

黄海西朝鲜湾是潮流流速特别高、潮流沙脊群发育明显的特殊水动力沉积区，具有砂矿成矿的有利条件。为了分析其成矿特征，论文采用波浪潮流共同作用下的潮流泥沙数值模型，计算模拟了各级波浪潮流作用下的海底冲淤状态和总输沙量，并按形成年代、主要分选控制因素分析了砂矿的成因及漂沙分选方式。结果表明，本区砂矿属于波浪潮流控制型现代滨海区砂矿，其成矿方式为潮流与波浪掀沙、潮流输沙、风暴浪混沙。研究海域类似一个巨型砂矿分选机，分选强度有利于成矿的区域大多为0～20m水深海域，矿层可延续到风爆浪的最大冲刷深度。     

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。     

海岸河口泥沙数学模型研究进展

对海岸河口泥沙运动的基本方程、数值方法、边界条件、参数选取等进行了归纳总结和评述,以期对本学科的发展起到一定的引导和促进作用。     

长江河口洪水造床作用

据多年实测资料统计 ,长江口年径流总量 92 4 0亿m3,年输沙量 4 .86亿t,洪季的径流量和输沙量分别占全年总量的71.7%和 87.2 %。如遇洪水年 ,当洪峰流量超过 6 0 0 0 0m3 s时 ,中、下游河道水位明显抬高而进入防汛警戒状态 ,河床有明显冲淤变化 ;洪峰流量超过 70 0 0 0m3 s时 ,新生汊道及切滩串沟频频出现 ,给河口治理及深水航道开发带来重要的影响。从长江河口河槽演变基本特征及南港、北槽底沙输移强度引证长江洪水在河口地区的造床作用     

潮流波浪联合输沙及海床冲淤演变的理论体系与其数学模拟

根据近岸带及河口区潮流、波浪、湍流各自物理尺度的不同,从Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和质量传输方程出发,利用Ｒｅｙｎｏｌｄｓ分解的方法,建立了模拟波浪 流联合输沙及海床冲淤演变的理论体系,给出了潮流作用下近岸波浪传播方程、波浪作用下潮流运动方程并通过利用波流合成底部切应力、底层湍流脉动随机特性,得出了波流联合作用下不平衡沙计算中泥沙起悬与沉降量的确定方法。本文模型应用于“广西合浦围垦工程潮流波浪     

文登南部近岸海域悬沙输运特征

依据2015年5月悬浮泥沙实测资料,计算各站不同层位悬沙浓度,分析研究区海域的悬沙时空分布特征,利用小波变换分析悬沙浓度变化周期,结合余流场探讨了研究区的悬沙整体输运特征。结果表明,悬沙浓度由表层到底层依次增大;悬沙浓度变化的周期约为6 h,与正规半日潮流特征吻合较好;在长会口一带、张家埠新港防波堤及好当家渔港防波堤附近区域,悬沙净输运方向与落潮流方向一致;好当家渔港内部悬沙净输运方向与涨潮流方向一致;五垒岛湾与靖海湾呈顺时针环流输运,湾内部悬沙净输运方向与涨潮流方向一致,指向湾内。     

闽江口及周边海域沉积物输运及资源效应

河流入海泥沙的大部分主要分布在河口、三角洲及近岸陆架地区,发育一系列的粗颗粒沉积体系,是海砂资源重要分布区。本文以福建闽江口为研究对象,初步探讨了沉积物输运过程及海砂资源的形成机制。观测结果表明,闽江河口水体盐度由河口内部向口外海域逐渐增大,水体浊度总体减小;闽江河口附近海域近底部(距离海底25cm)流向表现出一定的旋转流特征,潮周期内余流表现为向海输运,而推移质输运主要发生在涨潮期间,并且潮周期内净向陆输运。表层沉积物粒度分析结果表明,闽江河口水下三角洲前缘表层沉积物主要由粗颗粒物质组成,沉积物类型以砂和砂质粉砂为主,中值粒径小于4Φ;前三角洲地区表层沉积物主要由细颗粒物质组成,中值粒径介于4Φ—6Φ之间。沉积物粒径趋势分析结果表明,闽江入海泥沙经梅花水道和长门水道入海后,在盐淡水混合、径流、潮流的作用下,在闽江河口形成了四个粗颗粒沉积物汇聚区,成为闽江口地区海砂资源的重要分布区;而细颗粒物质在河口羽流和潮流的作用下向偏东方向输运,形成了以黏土质粉砂为主的前三角洲。     

波浪、潮流和风暴潮耦合模式及悬沙输移规律的研究

近年来，由于河口、海岸地区的泥沙运动与港口、航道以及海岸的冲淤有着直接的关系，对一些海岸建筑物比如防波堤、护岸工程等造成一定的威胁，甚至于使其完全丧失使用价值，造成巨大的损失。为此人们越来越重视对这一问题的研究。本文为估计岸滩的冲淤变化和了解岸滩的演变规律，对影响泥沙运动的海洋动力要素进行了研究。 为研究悬沙的输移规律，建立了一个由两部分组成的二维悬沙模型系统：①水动力模式。建立了一个综合多因素的二维波浪、潮汐和风暴潮耦合模式，以此来研究波、潮、风暴潮间的相互作用，并为泥沙计算提供流速场。②二维悬沙模式。运用得出的流场来研究悬沙的输移扩散规律。其中所采用的波浪模式是将流对波浪场的影响同时加以考虑的耦合数学模型，将流速加入波能方程，并考虑由于水面的升降而产生的不定常水深对波浪场的影响，再将波浪场对流场的影响通过辐射应力、考虑波浪影响的底应力以及依赖波龄的表面风应力耦合到流场中，从而建立了一个综合多种因素的波浪、潮汐、风暴潮联合作用下的二维悬沙模型系统。并在此模型系统的基础上，对黄河口泥沙的输移问题作了探讨，为今后的防堤、护岸工程提供依据。     

长江河口最大浑浊带含沙量垂线分布状态的分析

计算表明,潮泵效应在长江河口最大浑浊带悬沙输移中起着重要的作用。含沙量垂线分布的潮周期变化反映悬沙与床沙之间存在双向交换。据此讨论了最大浑浊带与拦门沙的关系。     

杭州湾三维悬浮泥沙输运模型初始场的伴随法反演研究

在悬沙输运的数值模拟中,初始场的准确给定至关重要。目前诸多确定初始场的方案均存在一定的缺陷,初始场的准确性有待进一步提高。本文基于一个三维悬沙输运伴随同化模型,通过孪生实验和实际实验,对模型初始场进行了伴随法反演研究。在孪生实验中,首先验证了初始场的相对重要性;其次,探讨了初始场的反演结果对优化算法、初始猜测值、卫星遥感数据数量、同化时间窗口宽度和背景流场误差的敏感性;最后,比较了伴随法和插值法重构初始场的能力。孪生实验结果表明:最速下降法对初始场的优化反演效果要优于三种共轭梯度法和有限记忆BFGS法;初始场的反演效果对初始猜测值、卫星遥感数据数量和背景流场误差不敏感,而对同化窗口宽度较为敏感;与插值法相比,伴随法是重构模型初始场更有效的手段。实际实验中,在杭州湾海域同化典型的小潮时期和大潮时期的GOCI卫星遥感资料所得表层悬沙浓度数据,优化反演了初始场。实际实验结果表明:数据同化后,得到了更符合实际的最优初始场,表明伴随法是实现初始场优化反演的有效手段。该研究对进一步改进悬沙输运模型的初始化方案具有一定的参考价值,也对其他数值模型的初始化方案具有一定的借鉴价值。     

运用分粒级的泥沙垂线分布分析长江口泥沙絮凝沉降特征

据扩散理论提出运用分粒级的泥沙垂线分布推算各粒级相对沉速ω_ｉ／ω_ｃ，絮凝因素比Ｆ_ｉ／Ｆ_ｅ和絮凝指标ｆ的方法，由此分析长江口１９９０年８月的实测数据。长江口泥沙的沉速曲线和絮凝指标在近口段、河口段和口外海滨段存在着明显的区域差异。絮凝沉降特征的主要变化产生的低盐度区。现场动态沉降规律与实验室模拟所得的静态沉降规律具有相似的变化趋势。     

不同时间尺度下长江口海域表层悬浮体浓度变化

长江入海泥沙是中国东部陆架海沉积物的主要来源之一。本文基于MODIS-Aqua卫星的遥感资料并结合实测悬浮体浓度,建立了基于颗粒物后向散射系数的悬浮体浓度的反演方法,获取了2002—2017年长江口海域的表层悬浮体浓度分布,并分析其在潮周期、季节内以及年际等不同时间尺度下的变化特征。结果表明,在潮周期内,长江口122.3°E以西海域表层悬浮体浓度大潮高于小潮,落潮大于涨潮,高潮大于低潮;在季节尺度内.6—8月表层悬浮体浓度逐渐增加。而122.3°E以东海域,则出现相反的情况;长江口122.3°E以西海域的夏季平均表层悬浮体浓度年际变化明显,主要受长江入海水沙量年际变化的影响。长江口122.3°E以东海域表层悬浮体浓度的年际变化几乎不受长江入海泥沙的影响。风向对悬浮体浓度的扩散具有显著的作用,南风有利于高浓度悬浮体向外海扩散,东风则抑制扩展。     

长江河口最大浑浊带的悬沙输移特征

根据１９８８年洪、枯季在和长江口南、北槽进行的最大浑浊带专项水文观测的资料，对悬沙输移的分项因子进行研究。结果表明，长江口最大浑浊带的悬沙输移过程存在明显的潮泵效应及强烈的悬沙、底沙双向交换；长江口南、北槽之间存在一个大尺度的平面环向悬沙输移，同时南、北槽自身还有次一级尺度的槽内平面环向悬沙输移。本文还探讨了最大浑浊带与拦门浅滩相互影响、彼此制约的关系。