瓯江口水流挟沙力公式探讨

采用瓯江口实测泥沙资料,对多个典型挟沙力公式进行了系统比较;对瓯江口同步的平均流速和平均含沙量进行分析,探讨适合该河口的挟沙力关系,并引入泥沙因子,考虑泥沙粒径对水流挟沙力的影响。结果认为:各挟沙力公式的计算结果过程曲线趋势一致,只是存在量级上的差别;结合实测泥沙资料进行分析,采用河口、海岸适用性较好的水流挟沙力公式,考虑泥沙粒径对挟沙力的影响,引入泥沙因子分析拟合瓯江口水流挟沙力公式。旨在揭示不同挟沙力公式之间的联系,以及河口海域水流挟沙力拟合过程,为进一步探讨河口海岸含沙量分布和悬浮泥沙输运提供思路。     

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。     

水流挟沙力分析与探讨

水流挟沙力是悬沙输运计算中非常重要的问题之一,其计算形式常采用基于重力理论的经验和半经验公式.本文针对目前广泛采用的2种挟沙力关系式,选用4组实验水槽数据和2组天然河道实测资料分别讨论其关联性.结果表明,不论指数m在其取值范围内取何值,2个表达式皆存在一定的函数关联性.且当指数m取1和2/3时,直接表现出很强的线性关联.在挟沙力计算中采用流速的平方关系式,物理意义清晰,形式简单.在实际应用时,适当选取系数,挟沙力采用形式简单的平方关系式是完全可行的.     

长江河口水流输运时间研究

利用水龄理论的新方法,借助环境水动力学模型定量讨论了多年平均径流条件下长江河口径流和潮汐作用对河口水流输运时间的影响。研究给出了长江河口水流输运时间的时空格局:多年平均流量条件下,水流从徐六泾输出至河口(122.5°E)大约需要24d,南、北槽分流口以上河段水流输运时间主要由径流控制,水流输运时间为8d,向下至拦门沙滩顶水域由径流和潮汐共同控制,水龄为16d,说明最大浑浊带区域的水流输运速度较上下游为慢,从一个侧面阐述了最大浑浊带区域水动力的特征;长江河口水流输运时间存在明显的层化现象,表底层相差最大值可达6d。数值模拟试验结果表明长江河口的潮汐作用是影响河口水流输运时间的关键要素,河口巨大的进潮量增强河口水流交换能力并减小水流输运时间,从而显著影响随水体运动的物质输运格局。水流输运时间研究,不仅可以成功应用于河口水动力环境的量化研究,而且可以为泥沙输运及污染物输运等环境变化研究提供动力的基础。     

近岸海域水沙界面通量与水流挟沙力研究

近岸海域的波浪、潮流及海流等动力因素具有周期性和时间、空间尺度差异大的特点,在综合考虑各动力因子的联合作用时具有较大的难度。本文根据平动动能叠加原理给出了一种近岸动力因子的表达形式,并提出了海洋波动有效速度的概念,结合水沙界面处泥沙通量的切应力与挟沙力关系,得到了水流挟沙力的新的计算公式。指出了水流挟沙力与水流临界速度有关,并且该水流临界速度随水深的增大及相对糙率的减小而增大。采用近岸实测数据和模拟结果,对本文的近岸水流挟沙力公式进行了验证,结果表明该公式的计算值与实测值吻合较好,可以适用于近岸海域。     

粉沙质海岸航道骤淤期悬移质挟沙力研究

悬移质挟沙力是粉沙质海岸航道骤淤预测的关键性参数,目前缺乏有效的研究成果。通过大尺度波浪水槽对缓坡下的粉沙质海岸骤淤期破波掀沙机理进行试验观测和研究,根据能量平衡原理,建立粉沙质海岸在崩破波作用下悬浮泥沙运动的能量平衡方程式。能量平衡方程式的要点在于波浪所提供的有效能量损耗中,除了传统的底摩擦损耗和悬浮泥沙所消耗的能量外,还应增加崩破波引起的能量损耗。在此基础上提出粉沙质海岸骤淤期悬移质挟沙力公式,并得到试验资料的初步验证。     

垂向悬沙扩散与近岸挟沙力理论研究

根据垂向二维悬沙扩散方程和谢才公式,假定泥沙垂向扩散系数为常数或为水深和摩阻流速的函数时,从理论上推导得到一个新的不仅适用一般水域,也适用于高含沙水域的挟沙力公式。公式一阶近似形式上与近岸海域常用的刘家驹公式相一致也不显含泥沙沉速,从理论上证明了刘家驹公式的合理性,说明其经验公式在理论上也成立。对更高阶近似,公式显含泥沙沉速,与维利卡诺夫以及张瑞瑾等挟沙力公式相一致,说明了张瑞瑾公式的合理性。分析了导出的公式的物理意义以及与刘家驹公式和张瑞瑾公式的异同。新的挟沙力公式也表明挟沙力公式的近似应是流速平方的多项式,选择低阶项作为近似会有一定的误差。     

潮汐对河口沉积的影响

分析了半月潮周期及潮波变形对河口沉积的影响，结果表明，潮汐在维持河口过程中，稳定和平衡起重要作用。     

潮汐河口环流、湍流、混合与层化的物理学

简要回顾了潮汐河口环流、湍流、混合与层化的基本物理概念、内涵、研究方法、研究成果,指出了主要的研究进展,最后,展望了今后的研究方向。本文不考虑悬沙和风浪的影响。经典的河口环流也因潮汐应变的出现而受到挑战,河口环流由重力环流和潮汐应变环流构成。"涡黏度-剪切协方差(ESCO)"概念的提出,又区分出重力ESCO环流与潮汐ESCO环流。横向环流,尤其具有曲率的弯道中的横向环流,也得到进一步的理解。涡度方法的应用,揭示横向环流不仅由各种不同物理机制造成,而且对纵向河口重力环流有重要的影响。分层流中剪切湍流的理论加深了人们对潮汐河口湍流、混合的物理学的认识,势能差异方程更是使得定量理解潮汐河口混合与层化的三维时间、空间变化成为可能。     

杭州湾跨海大桥对钱塘江河口水流的影响

通过河工模型试验,研究建设在潮汐河口的特大型桥梁——杭州湾跨海大桥对水环境产生的影响。杭州湾跨海大桥河工模型上边界选在老盐仓,下边界定在金山,平面比尺为1000,铅直比尺为100,模拟总水域面积约2200km2;模型运用2000年9月杭州湾实测水下地形及大范围同步水文测验资料进行了验证,其精度较高。在此基础上,结合实测资料分析,运用定床模型试验对杭州湾跨海大桥建成后附近水域流态的变化及对钱塘江涌潮、上游行洪等的影响进行了分析和预测。建桥前后潮位、流速流向、潮流量以及涌潮高度等试验数据的变化表明,杭州湾跨海大桥建成后对钱塘江河口水流的影响主要在桥位近区,对涌潮、上游行洪基本没有影响。     

长江河口南、北港河道挟沙能力研究

近年来,随着长江流域来沙量的减少,河口水沙动力条件以及河床地形必将发生一定程度的变化.通过对长江口南、北港河道连续9d小潮至大潮水沙定点观测发现,小潮期含沙量较低,但随着潮流速增强,大潮期含沙量较高,表明泥沙再悬浮明显.通过实测数据分别给出大、中、小潮南、北港河道挟沙力经验公式,显示出潮流与含沙量具有良好的相关性,同时显示出潮流流速与挟沙能力的方次变化有良好的对应性.     

瓯江河口挟沙能力的初步探讨

在分析瓯江河口潮流泥沙特性基础上 ,认为瓯江口挟沙能力与水动力及泥沙等因素密切相关。采用断面垂线平均的处理方法 ,引入背景含沙量的概念 ,线性回归拟合出瓯江口挟沙能力公式 ,为瓯江口二维潮流泥沙数模计算提供了辅助方程     

潮汐河口支流建闸闸下淤积研究

潮汐河口建闸的关键问题是闸下淤积。在潮汐河口支流口门上建闸,其闸下淤积面貌主要取决于干流主槽的位置,这与在潮汐河口干流上建闸的闸下淤积问题有着本质上的差异。以钱塘江河口支流曹娥江口门建闸为例,应用河床演变分析、动床实体模型和现场冲淤试验预测了曹娥江大闸闸下淤积面貌和淤积速率,为曹娥江大闸的建设提供了科学依据。     

防潮闸启闭影响下的河口水流泥沙运动状态研究

为研究防潮闸启闭与跨水工程建设对河口地区水流泥沙运动状态的影响,以河口近闸跨水工程为背景,建立了以Godunov格式有限体积法为基础的二维浅水流动数学模型和基于固液二相流理论的二维水流泥沙数学模型,并以实测资料进行必要验证,结果较为吻合。在此基础上,建立了永定新河河口区域二维水沙数值模型,将该模型应用于滨海新区Z4线一期跨河工程段的水沙分析,并对工程建设后永定新河河口水流泥沙运动的变化趋势进行预报。结果表明永定新河河口二维全沙模型较为可靠,可为河口近闸跨水工程的相关分析提供研究思路和方法。     

潮汐河口水沙资料整编原则探讨

本文分析了潮汐河口水沙资料的习用整编方法的合理性,指明其可能产生的误差与错误。提出了潮汐河口垂线平均流速与含沙量,单宽涨、落潮量与输沙量的统一整编原则及几个有关问题的处理方法,最后还提出了由实测流、沙资料估算断面涨、落潮量与输沙量的简易实用方法,并对其进行了初步的论证。     

潮汐作用为主的河口三角洲特征

近年来,国外发表的有关现代三角洲类型及其砂体特征的研究成果,都以河流波浪和潮汐等三大河口动力的强弱及共相互关系为依据来划分三角洲类型。这此单纯用形态特征划分三角洲类型是一个明显的进步。但三角洲类型划分的不少细节和特征指标尚有待进     

潮汐影响下的海岸带地下河口水交换及其生物地球化学效应

海岸带地下河口中的生物地球化学过程是一种重要的陆海相互作用驱动力,对于海洋中的物质收支至关重要。以青岛金沙滩为典型研究区域,借助电阻率成像、同位素示踪等技术手段对潮汐影响下的地下河口的生物地球化学特征进行刻画,发现地下水体的电阻率、盐度、pH、镭氡同位素及营养盐含量等各种理化参数的周日变化均表现出明显的潮汐规律,但较同步潮汐信号滞后2~4 h。研究结果表明,在涨落潮过程中,海水在地下河口发生倒灌排放,并显著地改变了含水层的生物地球化学背景场。     

河口地貌对潮汐不对称性影响的数值模拟研究

河口地貌形态对潮汐不对称性的产生和发展有着至关重要的作用。本文根据英国Humber河口数据建立了概化模型,研究了在同一纳潮量情况下,主槽断面形态、平面形态和河口收缩率对河口潮汐不对称性的影响。结果表明,较深的主槽能使相位差峰值出现较晚且峰值更大,从而影响局部区域的涨潮流强弱,主槽越浅,最大落潮流速越小,落潮所需历时越长,河口更倾向于涨潮主导,窄潮滩倾向于涨潮主导型,宽潮滩倾向于落潮主导型;平面形态沿程收缩且长度较长的河口涨潮主导型最强,此外,河口宽度沿程缩窄会加大主槽的余流流速,减小潮滩的余流流速;随着河口平面收缩率的增强,主槽的余流流速减小,潮滩余流流速增大,潮滩更倾向于涨潮主导。本文进一步丰富了河口地形地貌变化对潮汐不对称性影响的认识,可为河口区工程建设和管理维护提供科学依据。     

潮汐河口地区的波流相互作用的数学模型

在潮汐河口地区,由于地形的变化以及水流和波浪的相互作用,而导致流速场和波场产生变化。本文利用时均的连续方程、动量方程和考虑波浪折射和绕射的波动方程,建立了求解流速场和波面变化的数值模型。根据以往的结果和实验对上述模式进行了验证,取得了较为理想的结果。