江东大桥建设对钱塘江水动力的影响

应用二维水流数学模型模拟了江东大桥建设前后大范围的流场,比较了建桥前后水位、流速、流向等水动力因子的变化,评价了大桥建设对工程区域水动力的影响,并与物理模型试验的结果进行对比,分析了结果的合理性。研究成果为大桥的设计和管理提供了技术依据。     

Experimental Study on Local Scour Around Bridge Piers in Tidal Current

Local scour around a bridge pier is an important pm‘mneter for the design of a bridge. Compared with the local scour in a mono-directional current, the local scour in a tidal current has its unique characteristics. In this paper, several aspects of local scour around bridge piers in tidal current, including the scour development process, the plane form of a scour hole and the maximum scour depth, are studied through movable bed flume experiments.     

钱塘江下游建桥对涌潮景观影响的研究

采用实测资料分析、潮浪水槽试验、定床模型试验以及已建桥梁对涌潮影响的现场观测等手段,研究了钱塘江下游尖山河段建桥对涌潮景观的影响。研究结果表明,钱塘江河口的喇叭形河湾和庞大的水下沙坎使潮波能量积聚、潮差增大,水深急剧变浅、潮波剧烈变形是形成钱塘江涌潮的主要原因。影响涌潮的主要因素是潮汐、江道地形和治江围涂工程,而建桥不会影响涌潮产生的条件,但由于桥墩的阻水作用,对桥上游500 m范围内的涌潮形态有所影响;当采用合理的桥台设计方案,即阻水面积较小时,对上游涌潮高度的影响仅3 cm左右,故不会影响涌潮的景观。     

青岛海湾大桥对胶州湾潮汐、潮流及余流的影响预测——Ⅲ.预测方法及预测结果

在潮流数值模型中,采取了如下办法表示桥墩:桥墩造成的截水面积通过减小水深来实现,桥墩的阻尼通过增加底摩擦实现。根据以上水深处理和水力学实验给出的阻尼系数,在胶州湾及邻近海域计算潮流场基础上,预测了青岛海湾大桥对胶州湾潮汐、潮流及余流的影响。     

金塘大桥桥轴线优化及建桥对水流和航道的影响

金塘大桥跨越灰鳖洋,连接金塘岛沥港镇与宁波镇海新泓口,全长18.5 km,为舟山连岛工程的主体.该大桥工程所在海域潮汐为非正规浅海半日潮,历年最大潮差为3.67 m,多年平均潮差为1.91 m;潮流呈往复流特征,且基本平行于峡道走向.金塘大桥水域东侧微冲,西侧微淤,深泓摆幅较小,深槽稳定.在海床演变分析的基础上,运用数学模型进行了桥轴线的优化,由实体定床与动床模型探讨了建桥对水动力的影响.数学模型选用2002年3月和11月实测水文测验资料对模型进行率定和验证.物理模型选取中值粒径为0.2 mm的塑料沙作为动床试验的模型沙,选用2002年11月实测水文测验资料对定床模型进行验证,选用2002年11月和2003年4月两次水下地形资料对动床模型进行河床冲淤验证,验证精度均满足相关规范要求.研究结果表明,以推荐的方案建桥对桥位近区的潮位、流速与潮量的影响均较小.建桥后,下游高潮位有所抬高,上游高潮位有所降低;上游低潮位有所抬高,下游低潮位略有降低.由于桥墩的阻水作用,使该桥所在海域海流流速整体上略有减小,减小量一般在5%以内;桥墩间因海流集中使流速有所增加.建桥使主航道航深有所增加,桥位近区与远区分别冲刷0.6～0.8 m和0.1～0.2 m;西航道桥轴线近区冲刷0.4～0.5 m,远区淤积0.1～0.2 m.建桥对甬江口、金塘锚地、七里屿锚地均无明显的不良影响,对北仑港区基本没有影响.     

The effect of tidal inlets on open coast storm surge hydrographs

Bridge scour modeling requires storm surge hydrographs as open ocean boundary conditions for coastal waters surrounding tidal inlets. These open coast storm surge hydrographs are used to accurately determine both horizontal and vertical circulation patterns, and thus scour, within the inlet and bay for an extreme event. At present, very little information is available on the effect that tidal inlets have on these open coast storm surge hydrographs. Furthermore, current modeling practice enforces a single design hydrograph along the open coast boundary for bridge scour models. This study expands on these concepts and provides a more fundamental understanding on both of these modeling areas.     

强潮河口桥墩涌潮压力试验研究

为明确强潮河口设计条件下涌潮压力特征,以嘉绍大桥工程为背景进行了涌潮压力的动态测试和分析。选取主墩围堰和施工栈桥进行现场观测,分析了涌潮压力分布及其变化的特点。利用经验模态分解法,研究了涌潮压力的时均和脉动特性,建立了涌潮压力及其脉动分量极值与涌潮高度的拟合关系。研究结果表明:涌潮压力变化脉动性强,经验模态分解法能较好地处理这种非平稳时变信号;时均分量反映了局部水位的平均变化趋势,脉动分量反映了涌潮与结构物相互作用时自由水面的紊动情况;从垂向分布上看,压力极值在潮前低水位附近最大,并随着传感器安装高程的增加而减小;从平面分布上看,主墩围堰的迎潮面压力极值最大,背潮面最小;涌潮压力及其脉动分量的极值与涌潮高度满足指数分布规律。     

小排列高分辨多道地震系统在岱山岛大桥工程中的应用

对运用小排列高分辨多道地震系统获取的岱山岛大桥附近海域高精度的地震数据进行了综合分析和处理,查明了调查区域的工程地质条件,并对两个桥址方案进行了地质条件的对比。采用的地震系统参数:拖缆为24道,道间距为2 m,偏移距为46 m,枪容积为10 in3,频带范围为1~1 000Hz。结果表明:(1)采用了统一方法和流程对岱山岛大桥工程中所获得的地震数据进行分析、处理,保证了两种选址方案调查结果的一致性。(2)舟山本岛-岱西桥位(方案Ⅰ)和舟山本岛-双合山桥位(方案Ⅱ)海底地形平缓,不存在海底滑坡体等不良地质现象,调查区域虽分别有6条和5条断裂,但所有断层的上覆第四系均未发生错断,断裂均为非活动性断裂,两个方案桥位线均具有建桥的良好工程地质条件。(3)与单道地震相比,小排列高分辨多道地震系统能得到更为丰富的地层反射地震数据,而该系统比传统的多道反射地震方法具有作业方便、经济的优势,可见,该调查方法适用于近岸区域浅水工程环境的地质调查工作,是一种方便、实用和经济的地质调查手段。     

东海大桥轴线水下地形多波束扫测

阐述了使用多波束测深系统对东海大桥轴线水下地形扫测的技术方法，采用GPS实时动态测量、多站位同步验潮、测深精度的有效控制等方法，使大桥轴线水下地形测量和扫海工作的质量与效率明显地提高。扫测成果为东海大桥桥墩的打桩施工和主通航孔的方向确定提供了科学数据与决策依据。     

港珠澳大桥青州航道桥桥墩基础冲刷试验研究

桥墩基础冲刷是桥梁毁坏的重要因素,是桥梁基础设计的关键指标之一。目前国内外对于桥墩基础在复杂动力条件下冲刷深度的研究常采用物理模型试验方法,利用正态系列模型方法,在波流水槽中研究了水流、潮流和波流共同作用下青州航道桥索塔基础周围流态变化和局部冲刷特征。研究结果表明,桥墩最大冲刷深度和冲淤范围与水流流速、桥墩轴线与水流夹角和波浪等因素有关;在潮流最大流速和恒定流流速一致情况下,桥墩局部冲刷深度达到平衡后,将会达到与恒定流基本一致的最大冲深;波流共同作用下的最大冲刷深度比恒定流增加10%左右。设计桥墩形状在100年一遇水流和波浪共同作用下桥墩基础局部最大冲刷深度为13.7 m。     

海水环境粉煤灰混凝土结构耐久性现场检测与评估分析

对服役12年的华南某跨海大桥典型构件开展碳化性能、氯离子扩散性能等指标的耐久性检测,评估了海水环境下掺粉煤灰的高性能混凝土长期耐久性。研究表明:随高程的增加混凝土碳化深度逐渐增大,其中大气区浪溅区水位变动区,碳化作用对粉煤灰混凝土结构耐久性的影响较小;粉煤灰可显著提升实体结构混凝土抗氯离子侵蚀性能,粉煤灰高性能混凝土的氯离子扩散系数不大于0.40×10-12m2/s,比普通混凝土氯离子扩散系数降低了约6倍;利用规范计算了引桥承台混凝土中氯离子含量计算值,其计算值与实测值吻合较好,可用于实体工程混凝土结构的耐久性评估,评估结果显示采用粉煤灰高性能的桥梁典型构件满足100年设计使用寿命的要求。     

HY-1C Coastal Zone Imager observations of the suspended sediment content distribution details in the sea area near Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge in China

The impacts of the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge (HKZMB) on suspended sediment content (SSC) were analysed in the Zhujiang River Estuary based on data from HY-1C, which was launched in September 2018 in China, carrying Coastal Zone Imager (CZI) and Chinese Ocean Color and Temperature Scanner on it. A new SSC inversion model was established based on the relationship between in-situ SSC and the remote sensing reflectance in red and near-infrared bands of CZI image. HY-1C satellite data obtained from October to December 2019 were applied to retrieve SSC in the Zhujiang River Estuary. The results show that SSC around the HKZMB is ranging from 20 mg/L to 95 mg/L. SSC change obviously on two sides of the bridge. During flooding and ebbing period, SSC increases obviously downstream of the bridge. SSC difference between upstream and downstream is ranging from 5 mg/L to 20 mg/L. Currents flowing across the HKZMB, the change trend of SSC in most places upstream and downstream is almost the same that SSC downstream of the bridge is higher than SSC upstream. The tidal currents interact with bridge piers, inducing vortexes downstream, leading the sediment to re-suspend downstream of the bridge piers. Other factors, including seafloor topography and wind, can also contribute to the distribution of SSC in the Zhujiang River Estuary.     

进海路及人工端岛工程对滩海地貌变迁的影响及预测

根据实测资料,阐述了南堡滩海地貌的变迁,以东线进海路工程为例,研究了海岸线、砂坝、潮沟等地貌变迁,并进行了原因分析,对进海路及人工岛建成后海底地貌进行了定性的预测,提出了浅海滩涂油气开发建设宜采用栈桥式进海路设计。     

A simple model for estimating current velocity in tidal inlets: example from Grådyb in the Danish Wadden Sea

A simple zero-dimensional model relating water-level measurements inside a tidal basin to current velocity in the inlet has been formulated and calibrated for the tidal inlet Grådyb in the Danish Wadden Sea. The model combines a dynamical and a continuity-based approach, and predicts velocity in the inlet with a high correlation between measured and calculated current velocities (R ²=0.94), when tested on the basis of an independent dataset. Once calibrated, the model requires only a minimum of input data (water level and water-level variation in time). It is therefore well suited to bridge the gap between discrete velocity observations (e.g. ADCP profiles used to evaluate the dynamics of an inlet prior to other observations of, amongst others, bedform behaviour) and longer time series of inlet dynamics, and this with a minimum of cpu-time.     

中国基岩海湾潮流地貌模式及其沉积动力特征

对我国基岩海湾内的潮流沉积和地貌进行了系统研究。根据潮滩、潮流水道、潮流沙脊等地貌单元的组合特征，概括出3种潮流地貌模式：潮滩型、滩-槽型和滩槽-脊型。通过各模式海湾环境特征的对比分析，设定紊动射流系数Rbjet做为判别潮流水道形成发育程度的水动力参数，发现潮流水道较为发育的滩-槽型和滩-槽-脊型海湾往往开敞度较小，纵深较长，而平均潮差较大，Rbjet大于45。潮流沙脊是区分滩-槽型和滩-槽脊型潮流地貌模式的标志地貌，粗颗粒泥沙来源是其发育的必备条件：残留沉积、海岸侵蚀来沙丰富的海湾内潮流沙脊发育；河流来沙则可以改造形成小规模现代潮流脊；而靠近大河河口，细颗粒来源丰富的海湾则不利于潮流沙脊发育，湾内形成滩-槽型潮流沉积。     

珠江磨刀门河口潮汐动力变化对人类活动的响应

磨刀门河口是珠江流域西江的主干入海口, 20世纪80年代以来受到网河区无序采砂和磨刀门整治工程的双重影响, 潮汐动力必然发生相应的调整。本文基于多年的水文资料, 结合统计分析、调和分析和数值模拟的方法, 对近五十年以来磨刀门河口的潮汐动力变化过程及其对人类活动的响应进行研究。结果表明, 20世纪80年代以前, 磨刀门河口总体上呈现出高、低潮位缓慢上升、潮差逐渐减小的趋势, 潮汐动力变化呈现出径流优势型入海口门水道向海延展的自然演变趋势; 20世纪80年代以来, 网河区无序采砂使水位下降、诱使潮汐动力增强, 磨刀门整治工程使水位上升、潮汐动力减弱, 由于河口不同段受到人类活动以及外海潮汐多年变化和海平面上升的干扰程度不同, 其潮汐动力变化呈现出不同特征。近口段受网河区无序采砂影响较大, 水位下降, 潮汐动力增强; 河口段受两种人类活动的双重影响, 水位上升, 在整治工程期间(1983—1993)潮汐动力减弱, 在整治工程后(1993—2003)受网河区无序采砂的影响潮汐动力增强; 口外海滨段受外海潮汐多年变化和全球海平面上升以及整治工程的共同作用, 水位上升, 潮汐动力减弱     

台风对钱塘江涌潮影响研究

钱塘江年最大涌潮几乎都发生在台风期间。基于实测潮汐资料,结合天文潮调和分析,研究台风对钱塘江河口涌潮起潮点下游河段潮汐的影响,探讨因潮汐变化间接引起的钱塘江涌潮变化。结果表明:台风引起低潮位、潮差、潮到时间、涨潮历时等变化,间接影响涌潮,造成涌潮高度、陡度、传播速度、到达时间和涌潮流速等变化。总体而言,台风期间盐官涌潮高度平均增大0.18 m,到达时间平均提早37 min;澉浦至盐官段涌潮传播速度平均增大8.9%,陡度变陡,流速有增有减,但单宽流量增大。     

涌潮水沙动力过程现场观测研究进展

涌潮是潮波传播过程中产生的一种自然现象,是潮波非线性畸变的结果。涌潮有波状和破碎形态之分,波状涌潮是一系列平行向前传播的涌波构成的波列,破碎涌潮则是前锋陡立向前推进的水滚。基于国内外涌潮水沙动力过程现场观测的主要成果,从形成机理出发,归纳涌潮生成的必要条件,剖析潮波运动非线性和摩擦效应对涌潮生成的影响;针对典型的波状和破碎涌潮,总结潮头的自由表面特征参数、流动结构和传播演化特征;回顾涌潮局部湍流和混合过程、泥沙输运和沉积的研究进展,评述涌潮脉冲过程对河口生态环境的影响。涌潮的周期性传播引起自然系统的大规模混合,对潮汐河口区域的生态环境平衡具有重要意义。涌潮现象的研究推动潮汐学的发展,现场观测是涌潮研究的基础。随着仪器设备和分析手段的进步,涌潮多尺度生成与演化机制、涌潮多物理过程耦合作用机理和涌潮脉冲过程的生态效应定量评价是今后需要深入研究的问题。     

江苏中部海岸潮沟形态对滩涂围垦的响应

根据2001-2013年江苏中部海岸的遥感影像和野外观测数据,对滩涂围垦影响下潮沟的形态演变过程进行分析。结果显示,研究区潮沟在大规模滩涂围垦影响下整体有明显的退化和消亡趋势,潮沟集水面积由2001年的293.94 km2逐渐降低到2013年的103.40 km2,潮沟长度随着其集水面积的缩减呈幂函数减小(R2=0.98),而潮沟宽度随着潮沟长度和集水面积的变小呈指数方式变窄(R2分别为0.87、0.93),总体上研究区每围垦1 km2滩涂,潮沟长度和宽度分别减小约2.60 km和0.67 m,在整个滩涂围垦过程中,落潮后期潮滩的主要排水方式逐渐由潮沟排水向滩面排水方式转变。江苏中部海岸潮沟形态在统计上具有多尺度分形结构,总体上研究区分纬值从大到小依次为潮沟分维值、各潮沟系统分维值、单支潮沟分维值。研究区潮沟的分维值(无标度区间25~210内)在滩涂围垦影响下呈波动性降低,由2001年的1.26逐渐降低到2013年的1.13,各潮沟系统的分维值随着其分汊个数减少呈线性降低(R2=0.89),各单支潮沟的分维值随着其蜿蜒性减小呈线性降低(R2=0.86)。根据潮沟的退化和消亡过程反推潮沟的起源和发育过程,本研究认为研究区最早出现的一类潮沟可能是陆源水流侵蚀型潮沟,而滩面水流冲刷型和潮流辐聚侵蚀型潮沟是随着潮滩淤积变宽过程逐渐发育的,其最初的发育形态可能是潮滩下部的冲刷凹地。     

海南东寨港红树林港湾潮汐动力研究

在海南东寨港林市村附近红树林港湾潮汐动力测量的基础上，建立二维可移动边界有限元数值模型，研究红树林港湾浅水湖滩潮流场特征。实测与计算结果表明，潮沟区流速最大，具驻波特征，呈明显时间－速度不对称，东潮沟涨潮优势，百潮沟落潮优势，整个港湾水体呈顺时针循环。白滩与林地周期性淹没，白滩流速较湖沟略小。林地曼宁系数为白滩的１０倍，流速小于１０ｃｍ·ｓ（－１），约为相应潮沟流速的１／１０。林地如去掉林木，流速可增加３倍以上，流向也有变化。