渤海湾南港工业区港池航道回淤研究

天津南港工业区位于渤海湾典型的淤泥质海岸,其港区为环抱式有掩护的平面布局,规划建设10万吨级航道。为准确预测港池航道的泥沙回淤状况,采用双向嵌套网格建立波浪潮流共同作用下的泥沙运动数学模型,考虑波浪辐射应力作用,以及波浪引起的紊动和波浪增强海床底部切应力对悬沙输移的影响。模型选取现场实测大潮作为代表潮,以工程海域附近测波资料的能量加权平均结果作为代表波,对邻近的天津港15万吨级航道年均回淤进行了验证,确定数学模型中相关泥沙运动与底床冲淤的计算参数。在此基础上,数学模型预测了南港工业区规划的港池航道总的年均回淤量,与天津港主航道资料类比,计算的南港工业区港区10万吨级航道泥沙回淤分布与淤积总量是合理的。     

唐山港京唐港区泥沙运动特征与海岸性质界定

海岸性质的界定,是港口航道减淤措施合理布置的关键。通过地形资料和现场测量资料对京唐港区的水下地形地貌特征、泥沙特性以及沿岸输沙特点等进行了分析研究。研究结果表明,京唐港区泥沙中值粒径大于0.06 mm、沉积物中黏土含量小于15%、岸滩坡度通常大于1/1 000;泥沙运动具有沿岸泥沙运动特征,但与沙质海岸又有所不同,存在复合沿岸输沙,尤其在风暴潮期间,大浪产生的破波沿岸流与风暴潮潮流叠加,产生更为强烈的沿岸输沙能力。在粉沙质海岸定义基础上,将京唐港区海岸界定为细沙粉沙质海岸。在京唐港区航道防波挡沙堤布置上考虑复合沿岸输沙,取得良好效果。     

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。     

二维沙质海滩的类型和冲淤判数

向岸-离岸泥沙运动是岸滩演变过程中一个重要部分。笔者在波浪水槽中进行了二维冲滩实验,在此在基础上研究了岸滩各种类型及它们的输沙特点;依据近岸波浪动力结构特点,讨论了近岸泥沙运动规律及影响岸滩冲淤变化的主要参变数,最后运用拜格诺(Bagnold)能量模式导得岸滩冲淤类型的判别式。     

南渡江三角洲海岸泥沙纵向运移与岸滩演变的响应

南渡三角洲沿岸在盛行ＮＮＥ向波浪等动力条件的作用下,泥沙产生纵向运移,岸滩遭受侵蚀或堆积,岸滩演变剧烈。本文利用基于网格的波注折射绕射模型,分析南渡江三角洲海岸波浪动力过程、破波带波能与辐射应力分布及其引起的沿岸泥沙纵向运称。浴海岸动力学地貌的角度,通过三角洲沿岸波浪动力特征、泥沙运动的分析,探讨沙质岸滩的动态与地貌演变。     

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。     

潮流泥沙数学模型在青岛港挡沙堤工程的应用

考虑波浪辐射应力对潮流场和泥沙运动的影响,建立了青岛港前湾三期码头前沿挡沙堤工程二维潮流泥沙数学模型。在采用实测资料验证的基础上,运用模型对本海域在无挡沙堤及不同挡沙堤长的各种方案的流场变化和泥沙回淤情况进行计算研究。结果表明,无挡沙堤时,由于三期工程的建设缩窄了河口至海区的断面面积,断面西侧的浅水区水流速度增大,容易掀起泥沙输移至断面东侧开挖后的深水区,使泥沙在码头前港池中落淤,码头前沿最大淤积强度约为0.818 m/day;而建设挡沙堤后将显著减小码头前沿的泥沙淤积。经过比较,从挡沙堤附近流场与港池航道回淤情况的角度考虑,认为方案二对码头前沿拦沙的效果较好。     

考虑波浪辐射应力的潮流泥沙数学模型

根据海岸河口地区潮流、波浪、泥沙的运动特点及其相互作用机制,考虑了波浪场产生的"波浪辐射应力"和"波流挟沙力"动力要素对潮流场和泥沙运动的影响,在泥沙扩散方程中考虑了紊动水流作用,采用有限元加权集中质量法,建立了考虑波浪作用的潮流泥沙数学模型,并利用锦州港港区的潮流及泥沙资料对模型进行了验证。验证结果表明,潮位吻合良好,流速、流向、含沙量分布基本相似。在此基础上,模拟了工程建设前后,港区附近潮流场和泥沙淤积的变化,分析了泥沙骤淤现象。模拟结果表明,该数学模型能够适用于海岸河口地区潮流、泥沙的模拟,为波浪作用下潮流场和泥沙淤积的预测提供一种新的模拟方法,具有良好的应用前景。     

舟山群岛海域波浪对泥沙冲淤过程的影响

本文基于SWEM(Shallow Water Equation Model)三维水沙盐模式,考虑潮汐、径流、风场和波浪影响,在长江口与杭州湾及其邻近海域建立了一个高分辨的三维水沙盐模型。分析了一般天气条件下,舟山群岛海域在潮汐、径流、风场、波浪共同作用下的地形冲淤与悬沙含量分布特征,并对比分析了一般天气条件下与台风天气条件下波浪对泥沙冲淤过程的影响。一般天气条件下,舟山群岛海域东西向水道为冲刷特征,舟山群岛东侧海域以及舟山群岛内部南北向水道为淤积特征。舟山群岛海域暖半年冲刷增强,冷半年淤积增强。海域悬沙含量由西北向东南迅速降低,群岛"虑沙"效果明显。悬沙含量3月份最大,8月份最小。波浪对舟山群岛海域泥沙冲淤过程的总体影响在秋冬季较强,春夏季较弱。一般天气条件下与台风天气条件下,波浪对研究海域泥沙冲淤过程影响显著的区域均为朱家尖东侧海域,且波浪的影响特征均表现为促进淤积和增加悬沙含量。一般天气条件下波浪引起最大淤积约占总淤积量的10%。台风天气条件下波浪引起的淤积量约是同时段一般天气条件下的6倍。     

东山湾波浪对悬沙浓度场影响的数值模拟研究

研究了波致底切应力和二维辐射应力对悬沙的作用.首先对东山湾的水动力进行了数值模拟并与实测资料进行了对比检验,然后对东山湾悬浮泥沙进行了考虑波浪和不考虑波浪两种情况下的数值模拟并与实测资料进行了相关对比分析.在模式建立过程中,依据东山湾独特的窄口型半封闭河口海湾的特点,基于ECOMSED模式（2002）建立了东山湾三维水动力模型,并通过第三代海浪模式MASNUM加入了波浪对底切应力及辐射应力的影响,通过ECOMSED中的底边界层模型考虑了波浪增强底摩擦的作用,综合分析了东山湾的水动力及泥沙状况.结果表明在东山湾数值模拟中,该模式能较好地模拟这类海域的水动力及泥沙输运状况.在东山湾模拟计算中,潮流的作用强于波浪的作用,但考虑波浪因素后,泥沙模拟结果更好.在波浪的作用中,底切应力相比于二维辐射应力占有绝对的优势,两者相差2个量级以上,因此可以不考虑二维辐射应力的影响.     

A STUDY ON THE TRANSPORT OF SUSPENDED PARTICULATE MATTER FROM THE YELLOW RIVER BY USING A 3D PARTICLE MODEL

本文利用一个三维的悬浮颗粒物（ＳＰＭ）输运模型，对黄河输出的悬浮颗粒物的分布进行了计算。这是一个使用粒子追踪方法的模型，利用随机走步法模拟扩散过程。本文模拟的时间是从１９８２年的３月到８月，结果显示悬浮颗粒物的高值区在黄河口附近。从黄河口出来的悬浮物有两支：一支沿渤海湾南岸进行渤海湾，另一支则进入莱州湾并经渤海海峡流出渤海。     

Seasonal variation of suspended-sediment transport through the southern Bohai Strait

Based on field observations made in winter 2006 and summer 2007 and on multiscene MODerate resolution Imaging Spectrometer (MODIS) imagery, the seasonal variation of suspended-sediment transport in the southern Bohai Strait and its possible mechanisms are examined. The field observations in two different seasons allow an exponential empirical model to be used to retrieve suspended-sediment concentration (SSC) from MODIS imagery. Both the field-survey data and the MODIS-derived SSC show that the sediment transport in the southern Bohai Strait has a significant seasonal variation due to the seasonally varying thermohaline structure of the water column and the hydrodynamics resulting from the seasonally alternating monsoons. The SSC in winter is approximately 3–10 times higher than in summer. Considering the seasonal variation of water flux (WF) and SSC, the annual sediment flux (SSF) through the southern Bohai Strait is estimated to be approximately 40.0 Mt yr⁻¹, about 4–8 times previous estimates, which did not take into account seasonal variation. Although the Huanghe (Yellow River) discharges a large amount of sediment in the summer, the SSF through the southern Bohai Strait in the winter (∼32.0 Mt) is about 4 times greater than it is in the summer. The strong seasonal variability of SSF through the southern Bohai Strait indicates that strong resuspension along the coast of the Huanghe delta in winter and enhanced longshore transport by coastal currents due to winter monsoon activity might be the major mechanisms of cross-strait transport of sediment in winter.     

渤、黄、东海悬浮物质量浓度冬、夏季变化的数值模拟

采用HAMSOM三维正压水动力模型结合粒子追踪的悬浮颗粒物输运模型模拟了渤、黄、东海悬浮物质量浓度冬、夏季变化。模拟结果显示,潮流和底质对悬浮物质量浓度的分布有决定性的作用,沉积物再悬浮对悬浮物质量浓度分布影响大,冬季尤为显著。莱州湾中西部和渤海湾南部悬浮物终年维持高质量浓度,古黄河口冬季再悬浮物的质量浓度高于其它季节的。长江口附近悬浮物终年维持高质量浓度,夏季长江口东北悬浮物的质量浓度高于冬季的,浙江沿岸冬季悬浮物的质量浓度高于夏季的。     

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。     

渤海海峡悬浮体分布、通量及其季节变化

渤海海峡是渤黄海物质交换的重要通道,同时也是黄河入海泥沙向黄海搬运的必经路径。本文以2006—2009年渤海海峡8个站位四个季节的悬浮体、CTD数据为基础,将标准层悬浮体浓度数据与浊度数据对比获得高垂直分辨率的悬浮体浓度数据,分析其季节变化特征,并结合日均风场驱动的高精度数值模型模拟的渤海海峡流场,计算了四个季节渤海海峡悬浮体通量。结果表明,北黄海冷水团的入侵和退缩是渤海海峡温盐及其季节变化的重要特征之一,四季节流场特征均为"北进南出";渤海海峡中上层悬浮体浓度分布为海峡南部浓度高、北部浓度低,夏季海峡北部下层北黄海冷水团控制海域悬浮体浓度高于周围水体。春季、夏季、秋季、冬季悬浮体浓度依次增高。观测期间渤海海峡悬浮体的年净通量约为251.63万吨,其中输往黄海方向的悬浮体通量约占黄河年平均输沙量的4.27%。     

江苏近岸海域悬沙浓度的时空分布特征

2006—2007年间的四个季节在江苏近岸海域69个站位采集水样,获取悬沙浓度。通过对TM遥感数据反演,获取该海域四季大面悬沙浓度,并与调查的实测悬沙浓度进行对比。结果显示,大面调查的非同步数据基本可正确反映大区域悬沙浓度的季节与空间分布趋势。悬沙浓度等值线由高至低、由陆向海分布,底层浓度约为表层的2—3倍;废黄河口和长江口外海域为悬沙浓度高值区,而海州湾为低值分布区,东南部陆架区受台湾暖流影响出现低值中心。冬季整个海域悬沙浓度均较高,其次为春季,夏季最低;废黄河口海域的高值中心在不同季节分布位置有所移动。海底沉积物的再悬浮是苏北近岸悬沙最主要的来源,河流输沙量的季节变化是影响长江口海域悬沙浓度变化的关键因子。相关分析结果表明,潮流为影响悬沙浓度分布的主要控制因子;季风、风暴潮和风浪虽对悬沙的分布具有一定的影响,但冬季的低温环境是形成该季节整个海域悬沙浓度显著偏高的重要因素。     

南黄海辐射沙洲附近海域悬浮体的研究

对2003年春季(3—4月)和秋季(9月)南黄海辐射沙洲附近海域的悬浮体样品进行了空间分布特征、有机无机组成、粒度特征及其季节变化分析。结果表明:(1)2003年春季研究区内悬浮体浓度要普遍高于秋季的悬浮体浓度。悬浮体浓度最高值区位于长江口-老黄河口之间的近岸区。陆源物质为主的无机组分是悬浮体的主体成分,特别是在近岸浅水区和接近海底的底层水中尤为突出;(2)研究区海水中的悬浮体主要来源于辐射沙脊区(老黄河-长江复合三角洲)沉积物再悬浮;(3)悬浮体分布是风浪、潮流及沿岸流等多种因素综合作用的结果,而风浪和潮流是影响本区悬浮体分布的主要因素,巨大的风浪和强大的潮流造成辐射沙洲海底的沉积物再悬浮、搬运和再沉积,并在苏北沿岸流的作用下向沙洲外缘输运。     

苏北中部滨海平原成陆机制研究

苏北中部滨海平原位于废黄河三角洲和长江三角洲之间，其形成与全新世最大海侵之后长江、古黄河的供沙历史和供沙状况密切相关，并且现今海域南黄海辐射沙洲的辐聚点也位于这段海岸，故探讨其成陆机制具有重要意义。本文数值模拟了公元８世纪时该区的Ｍ２潮汐、潮流，在此基础上，计算了７种粒径泥沙在当时潮流场中的净输运状况，划分了海底冲淤区。计算结果表明，公元８世纪时苏北岸外存在大致以东台为顶点的辐射状古潮流场，其分布格局与现今苏北岸外大致以京港为顶点的辐射关潮流场基本一致，该辐射状潮流场的存在是由当时台东岸外的独特驻潮波波腹所决定的。进入苏北岸外古辐射状潮流场中的泥沙，在辐聚、辐散的潮流作用下，每一个潮周期均自ＮＥ、ＳＥ方向向东台附近海域净输运泥沙，在东台附近海域发生淤积。由此认为，苏北中部滨海平原是大致以东台为顶点的辐聚、辐散潮     

基于GOCI影像的半月潮周期内渤海悬浮泥沙浓度变化研究

悬浮泥沙浓度(SSC)的变化对渤海海域的生态等有着重要的影响。本文基于已有表层水体SSC遥感反演算法进行了优化,利用较高时空分辨率的GOCI影像,基于优化后的模型对渤海表层水体的SSC浓度在半月潮周期中的时空分布与变化特征进行了研究。结果表明:(1)渤海各海湾表层水体SSC在半月潮周期内的变化规律存在差异。从小潮到大潮,辽东湾和渤海湾表层水体SSC先减小后增加,而莱州湾及黄河口附近海域的SSC则呈现出逐步降低的趋势。(2)渤海表层水体SSC存在明显的日内变化,且半月潮潮情对渤海SSC的变化作用显著。在一个连续潮周期中,除莱州湾和辽东湾外,渤海海域SSC的变化幅度总体上呈现出大潮时较大、平常潮次之、小潮时较小的特征。(3)渤海海域沿岸浅水区的SSC高于中部深水区,同时渤海海峡西北部脊沟区水体的SSC变化系数表现出与局部地形相似的辐射状的空间分布特征且与水深存在显著的负相关性,说明海底地形对SSC的空间变化具有不可忽略的影响。     

渤海的环流、潮余流及其对沉积物分布的影响

阐明渤海环流和潮余流的分布特征及其与沉积物输运之间的关系。本文根据８０年代以来的实测海流资料得到：辽东湾的环流是顺时针向的；黄河三角洲外海存在着一支流向东北偏北向流，与辽东湾西部的东北向海流相接；渤海湾内的环流北部为反时针向，南部为顺时针向回转的双环结构。上述环流趋势与渤海沉积物分布相一致。渤海沿岸主要入海河流的特征矿物分布正在上述环流存在的最好佐证。文中进一步讨论了潮余流分布特征及其对渤海环流的