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。     

丰水期珠江口黏性泥沙输运的三维数值模拟

珠江口的黏性泥沙输运对区域海洋工程和河口海洋环境有着重要的影响。本文利用SELFE模型,针对珠江河口海域建立了一个采用非结构三角形网格的三维斜压水动力模型,可耦合模拟海流、潮流及风海流水动力环境,并在此基础上开发了包括底床模块的黏性泥沙输运模型。模拟结果与实测值验证较好,再现了丰水期珠江河口的泥沙输运特征以及最大浑浊带的变化和分布特点。研究表明,丰水期珠江口悬沙质量浓度西侧大于东侧,泥沙主要来自河口上游。河口浅滩上会形成最大浑浊带,最大质量浓度可达0.5 g/L。珠江口最大浑浊带的形成主要受潮动力、重力环流及泥沙再悬浮和沉积过程影响,其中泥沙再悬浮和沉积过程对中滩的最大浑浊带影响显著,而重力环流作用对西滩的最大浑浊带影响显著。     

长江口南槽最大浑浊带潮周期内悬沙变化规律及其影响因素

最大浑浊带水体悬沙时空变化过程是河口沉积动力学研究的核心内容之一。利用2013年6月16—24日在长江口南槽最大浑浊带自小潮至大潮连续9天的逐时定点水文及悬沙观测资料,分析南槽最大浑浊带悬沙垂向变化特征及影响机制,由此加深对长江口最大浑浊带形成及变化的理解。主要结果包括：(1)南槽最大浑浊带悬沙平均粒径为3.52～18.84μm。从小潮到大潮、从表层水体到底层水体,悬沙粒径逐渐增大,水体含沙量逐渐增大,含沙量为0.12～2.29 g/L。(2)水体流速呈现自下而上、自小潮到大潮逐渐增大的态势,与悬沙粒径的关联度较好;而水体盐度呈现自上而下、自小潮到大潮逐渐增大的态势,与悬沙含量的关联度较好。(3)南槽最大浑浊带水体悬沙垂向变化涵括两种控制机制：涨落潮作用引起的底沙再悬浮控制水体悬沙约7 h的周期性变化;涨潮流挟带的口外泥沙絮凝形成的絮团在涨潮流和重力作用的影响下引起水体悬沙出现约14 h的周期性变化特征。     

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。     

鸭绿江河口最大浑浊带水动力特征对叶绿素分布的影响

在河口最大浑浊带有独特的生态动力过程。利用鸭绿江河口最大浑浊带上下游两个定点站和大面站的流速、叶绿素和浊度数据,在分析最大浑浊带形成的基础上探讨了悬沙浓度与叶绿素浓度分布的对应关系及最大浑浊带水动力特征对叶绿素分布的影响。分析结果表明,定点站大小潮涨落潮时均出现悬沙浓度与叶绿素a浓度的高值分布中心,该中心主要出现在底部,且高叶绿素a浓度与高悬沙浓度中心相对应。通过对最大浑浊带形成机制的分析发现,强烈的底部泥沙再悬浮是鸭绿江河口最大浑浊带形成的主要原因。最大浑浊带内悬沙浓度与叶绿素a浓度的相关关系均为底层大于表层,大潮高于小潮;高叶绿素a浓度与高悬沙浓度时刻有很好的对应关系,在一定程度上表明水动力特征对叶绿素a浓度在时间和空间上的分布有重要影响。初步分析认为鸭绿江河口最大浑浊带内的高叶绿素a浓度主要是由再悬浮作用使底部沉积物中的底栖藻类和沉积物一起聚集在水体的底部造成的,但是该结论还有待结合其他相关研究进一步检验。     

长江河口环流及其对悬沙输移的影响

本文根据大量实测资料着重分析长江河口的混合类型、环流模式及其对悬沙输移的影响。研究表明,长江口的混合类型随洪枯季、大小潮而变,又因地点而异,北支以C型为主,北港、北槽、南槽以B型为主。北港、北槽和南槽在径流、潮流、盐淡水异重流共同作用下,存在上层水流净向海,下层水流在滞流点下游净向陆的河口环流。悬沙输移模式和河口环流模式相似。最大浑浊带、浮泥、航道拦门沙的位置及变化规律与滞流点相一致,其形成和变化与河口环流密切关联。     

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。     

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。     

椒江河口洪季最大浑浊带核部的悬沙分选机制

以实测悬沙粒径、流速、含沙量资料为基础,通过悬沙不同粒级组分、中值粒径以及粒度参数的统计,分析椒江河口最大浑浊带核部悬沙粒径分布变化特性。研究表明,悬沙粒径分选主要受物质来源、潮流动力作用下底部部分物质再悬浮和絮凝沉降3个因素的影响。其中第二个因素起主导作用,大潮期比小潮期显著,第三个因素的作用主要发生在涨落憩前后低流速期,并在表层较近底层的水体明显。     

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。     

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。     

温州瓯飞滩海域悬沙浓度变化特征分析

基于温州瓯飞浅滩海域2011、2013和2014年7个站点大、小潮垂向同步连续海流和悬沙浓度等观测资料,分析了该海域悬沙浓度的时空变化特征及其影响因素,并利用Morlet小波分析方法探讨了悬沙浓度变化与潮流间存在的多种周期变化;同时对该区域因围填工程前后导致的悬沙浓度变化做了回顾性分析。分析结果表明:(1)悬沙浓度在平面分布上符合"近岸高,外海低"的一般规律,在瓯江与飞云江两个河口存在悬沙高浓度区。悬沙浓度垂向分布大致呈准直线、斜线、抛物线和混合型4种类型变化;(2)河口处潮流为往复流,悬沙浓度出现4次峰值。悬沙浓度的峰值滞后于流速峰值1~2小时。由岸及远,潮流呈旋转流,悬沙浓度峰减弱并且峰数减少;(3)悬沙浓度变化同潮流变化周期密切相关,存在4、6和12小时的周期性变化,浅水分潮主要影响的是中底层的悬沙变化,对表层悬沙变化影响较小;(4)随工程进行,区域悬沙分布时空特征并未发生大的变化,但局部地区的工程影响不可忽略,近工程站点悬沙浓度都有增加趋势,瓯江南口大潮和小潮间的悬沙浓度变化加剧。     

珠江口最大浑浊带的形成与季节变化

应用Delft3D研究了珠江口最大浑浊带的分布以及影响因素。盐度和悬沙浓度的垂向分布揭示出最大浑浊带范围的变化。最大浑浊带在干季的悬沙浓度比湿季更大,而其中心位置与湿季相比向上游移动10 km。最大浑浊带的形成受到潮汐、径流和地形的综合影响,而沉积物的再悬浮和垂向环流为影响最大浑浊带的主要因素。     

高浑浊度河口沉积物的沉积机理评述

该文主要介绍了潮流对沉积作用的影响，沉积物的再悬浮和最大浑浊带的形成机制以及影响沉积物絮凝沉降的因素。潮流是搬运河口泥沙的主要动力，沉积在河口拦门沙的泥沙会在潮流的作用下向河口外继续搬运。沉积物的再悬浮和最大浑浊带密不可分，正是由于沉积物在周期性潮流的作用下引起再悬浮，为最大浑浊带的形成提供了条件。影响沉积物絮凝沉降的因素很多，有内因，也有外因。内因是颗粒物自身的性质；外因如盐度、流速、pH值等。     

伶仃洋洪季悬沙平面分布特征及成因探讨

基于伶仃洋河口2007年洪季（8月）潮流和泥沙现场观测资料,通过实测资料分析结合二维泥沙数值模型的方法,分析其悬沙浓度平面分布特征。结果表明,悬沙浓度从伶仃洋湾顶虎门至湾口沿西槽向海在纵向上呈现出先减小再增大后减小的变化趋势;横向上,西槽最大,东槽和中滩次之;内伶仃岛西北侧海域为含沙量高值中心。悬沙纵向输移机制分析表明,伶仃洋洪季输沙主要贡献项为平流向海输沙、潮汐捕集和垂向环流的向陆输沙,其中后两项在内伶仃岛附近的贡献较大。潮流、径流来沙、径潮强度对比以及地形边界作用为悬沙场平面分布差异的主要成因。     

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.     

海岸悬沙运移数学模型

根据适合大范围缓变地形情况下,不恒定、非均匀流场中随机波折绕射联合数值模式及波浪作用下的二维浅水环流方程和悬沙扩散方程,建立了波浪、潮流共同作用下二维悬沙数学模型,并将该模型应用于渤海湾北部海域,进行了波、流共同作用下航道疏浚弃土的悬沙扩散、运移及海床演变的数值模拟,为工程单位决策提供科学依据     

长江口南槽最大浑浊带枯季大小潮悬沙峰特征及其动力机制

长江口最大浑浊带是陆海交汇的核心区域,其航槽是扼海-河联运的咽喉,悬沙峰的涨落潮周期变化深刻影响航槽的稳定性。本文利用长江口南槽上、中、下段3个站点枯季小潮和大潮的流速、盐度、悬沙平均粒径和悬沙浓度的实测资料,分析最大浑浊带悬沙峰特征及其动力机制。发现:流速和滩槽交换增强导致大潮平均悬沙浓度比小潮增加了0.78—1.97倍,絮凝也导致憩流底层悬沙浓度增加8%左右,但流速和絮凝与悬沙浓度的关系均非线性。大小潮盐度梯度与底层悬沙浓度关系呈现高线性相关关系,表明盐度梯度强化或突变是泥沙再悬浮形成悬沙峰的主要动力。     

椒江河口悬沙浓度垂向分布和泥跃层发育

论述了椒江河口粘性细颗粒泥沙洪、枯季及大、小潮悬沙浓度分布.椒江河口水体高度混浊,近底层悬沙浓度可达71kg/m3以上.在河口最大混浊带,小潮期水体层化现象明显,悬沙浓度垂向分布呈三层结构,即活动悬沙层、泥跃层和浮泥层.泥跃层是水体中悬沙浓度分布剧变层,梯度大.在河口咸、淡水互相作用下,悬沙浓度大于3kg/m3、盐度在4～16及水流速度中等的条件下泥跃层发育.     

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