振荡流层移输沙条件下悬沙层泥沙扩散系数垂向分布特征研究

层移输沙是海岸带泥沙运动的主要形式之一,其垂向悬沙浓度分布规律的研究一直是海岸工程关心的重点。一般情况下,经典的纯扩散模型被用来描述和解释悬沙浓度的试验数据,该模型认为周期平均悬沙浓度主要由参考浓度、泥沙沉速和泥沙扩散系数确定。泥沙扩散系数可以由泥沙沉速和悬沙浓度的垂向梯度反演得到。既往研究大多直接给出泥沙扩散系数的结果,对于不同反演计算方法间结果差别的研究较少。本研究汇总了已有振荡流层移输沙试验数据,采用曲线拟合方法和直接差分方法计算了相应的泥沙扩散系数,研究表明两种方法得到的计算结果在垂向位置z 0.15 m处差异不大,随着垂向位置的升高,差分方法的计算结果略微大于拟合方法。考虑到拟合方法可以得到连续的泥沙扩散系数垂向分布,本研究推荐使用幂函数形式的曲线拟合方法求解悬移泥沙扩散系数。基于此,对比分析了层移输沙悬沙层泥沙扩散系数随泥沙粒径、振荡流周期、均方根流速和振荡流类型等物理参数的变化规律。在纯振荡流层移输沙条件下,泥沙扩散系数随泥沙粒径的增大而增大,而振荡流周期和均方根流速几乎不影响泥沙扩散系数。在振荡流和定常流共同作用下,泥沙扩散系数受振荡流周期和定常流流速的影响,泥沙扩散系数随着振荡流周期的增大或定常流流速的减小而增大。     

海岸盐沼冠层水流平均流速分布的实验研究

利用室内水槽测量海岸盐沼植物冠层水流平均流速分布，对a)不同属种,b)同属种不同观测位置和流速；c)同属种不同高度;d)同属种不同密度的海岸盐沼植物冠层湍流结构作了分析，产探讨了冠层植物本身及其水流结构对粘性泥沙运动的可能影响；实验结果揭示了冠层上，下水流的复杂性；1）明显的三层结构，即冠层底部，过渡层，冠层上部水体层；2）由于植物的柔弹性，冠层顶部与上层水体相互作用可能产生界面波，导致一个次级流速最大值，在冠层内出现流速反转梯度；3）冠层顶部以上的水体水流切变流速u,（切应力τb)大于冠层内的ux(切应力τb)，冠层内（底部）水流切变流速（切应力τb)的减小有利于粘性泥沙的沉积；4）植物冠层影响湍流强度和扩散。     

黄河清水沟流路水沙组合和河口三角洲发育的宏观特性

黄河清水沟流路1976～1995年期间入海水沙偏少,年际和年内变化丰枯交替,河口三角洲的冲淤变化与入海水沙大小密切相关;分析其剖面淤积形态、洲面淤积造陆情况和泥沙淤积的空间分布,表明河口三角洲发育存在着初期迅速增长、中期快速增长、后期平缓增长的宏观特性和规律,根据水沙变化与河口三角洲增长面积的定量关系以及对未来入海水沙的预估,认为清水沟流路河口三角洲的发育将继续维持平缓增长的态势.     

杭州湾枯季水沙若干特征分析

根据2014年1月及2017年2月杭州湾大、小潮水沙资料,计算了流速、含沙量、单宽潮量、单宽输沙量,进而分析了潮周期断面净潮量、净输沙量和区域冲淤分布。研究发现杭州湾涨、落潮平均流速比值整体较20世纪八九十年代增大,绝大部分区域大于1.0,涨潮流相对增强,澉浦南岸和金山北岸尤为显著。含沙量平面上分布澉浦、杭州湾南岸两个高值区(大潮大于3 kg/m³,小潮大于1.3 kg/m³)以及北岸湾口至乍浦之间的低值区(大潮小于2 kg/m³,小潮小于0.9 kg/m³),随潮汛变化显著,最大含沙量浓度通常滞后于急流时刻。各测站涨、落潮量和输沙量呈现“大涨大落”和“大进大出”的特征,造成杭州湾短时间尺度内的“大冲大淤”。大潮两涨两落金山与乍浦、乍浦与澉浦之间区域净输沙量可达几千万吨,净冲淤则在几百万吨。     

生态空心块体水沙动力效应研究

生态空心块体是一种兼有调控水流与生态修复功能的工程结构物,在海堤、丁坝等近海工程中被广泛应用.通过室内水槽试验,设计多种来水来沙工况,研究生态空心块体与柔性植被共同影响下的水沙动力特性,重点探究生态空心块体内的水沙动力效应.结果 表明:生态空心块体组成的坝体结构缓流效果显著,坝体内外侧水流流速分布差异明显,坝体内部的水...     

长江口深水航道三维泥沙数值模型相关问题探讨

基于近年来长江口三维水沙盐数值模型及水沙运动机理的研究进展,系统梳理了在长江口实际应用中面临的若干理论和技术难题,其中包括长江口物质输运模拟计算格式的守恒性和稳定性、河口区域河床切应力的准确计算、拦门沙区域近底高浓度泥沙形成机理及数值模型模拟、长江口近底高浓度泥沙横向入槽模式等问题,通过对于上述问题的梳理和总结,表明在长江口这类巨型河口进行三维水沙盐数值模型和水沙机理研究的复杂性,并针对此类区域的模型技术研发和水沙运动理论研究,提出了有科学意义和研究价值的方向和思路。     

长江口水域悬沙含量时空变化卫星遥感定量研究方法探讨

悬沙含量是反映细颗粒物质在水层中的输运和再悬浮过程的重要指标,对沉积环境和沉积过程的研究有着非常重要的作用,是联系动力作用和地貌演变的纽带[1].细颗粒物质是营养盐、有机物和重金属输送的载体,因此研究细颗粒物质的运移对河口和海洋环境及生态的影响有着重要的意义[2].由于河口地区同时受到河流径流和潮流的影响,径流的水沙输运、潮流和波浪等的动力都对悬浮泥沙含量有影响.河口地区悬沙含量既可以指示沉积物来源、输运量的变化,又可以显示沉积动力作用的变化,这两种影响因素的时间尺度不同,但它们会共同影响悬沙含量的大小和分布.在我国长江等大河每年的水沙输运量十分巨大.     

基于潮沟定点观测的潮间带水、沙、盐交换研究

为研究潮间带和潮下带的水、沙、盐交换,于2006年6月25~28日（夏季大潮）和2006年12月29日~2007年1月4日（冬季中-大潮和小潮）在长江口九段沙一典型潮沟的固定点利用OBS-3A和ADP-XR进行了水深、浊度、盐度、流速流向剖面和回声强度观测。结果和结论为：（1）夏季大潮、冬季中-大潮、冬季小潮的潮周期垂向平均流速分别为26.5、15.9和8.4 cm/s,夏、冬季观测到的最大流速分别为84 cm/s和35 cm/s。（2）夏季盐度变化范围为0.65~4.91,平均盐度2.14;冬季盐度变化范围为3.5~10.3,中-大潮和小潮平均盐度分别为6.26和7.98。（3）高悬沙浓度出现在涨潮初期和部分落潮末期的低水位阶段;涨潮阶段的平均悬沙浓度是落潮阶段的1.11~7.0倍。（4）涨、落潮阶段的水体和盐输运量大体上趋于平衡;（5）无论是冬夏季或大小潮,潮沟在潮周期内的净输沙方向均指向陆,即落潮输沙量小于涨潮输沙量（平均小40%）;平均每个潮周期的净输沙量为6102 kg,结合潮盆面积推算的潮周期沉积速率为0.0112 mm/tide,或8.2 mm/a。     

天然河道非恒定流数学模型原理及应用

利用Preissmann四点带权隐式差分技术,建立了天然河道非恒定流数值计算模型。并对计算中所涉及的一些关键技术问题进行了较为详细的阐述。由黄河下游282km河段、历时130d的数值模拟结果显示,计算流量过程线与沿途水文站实测值吻合良好,进而说明本模型能够用于天然河道洪水演变计算。     

入海泥沙减少背景下黄河清水沟亚三角洲海岸线的发育与演化

三角洲岸线的变迁是研究地貌冲淤最直接的要素。黄河三角洲是世界上发育最快的三角洲,研究其海岸线变化规律和演化趋势对地区生态环境保护、海洋资源开发、基础设施建设等至关重要。本文在前人研究的基础上,采用修正归一化水体指数（Modified Normalized Difference Water Index, MNDWI）与多年水频率指数（Multi-year Water Frequency Index, MWFI）相结合的方法对1976–2021年期间典型年份的207幅遥感影像进行岸线提取,使获取到的海岸线更具科学性和代表性,并在此基础上通过定量计算分析了海岸线的时空演变及其稳定性特征,以此探讨黄河清水沟亚三角洲海岸线自1976年以来的演化机制。研究结果表明：（1）总体上,清水沟亚三角洲海岸线演化呈现先快速向海淤积后波动稳定的趋势,以1996年和2002年为节点划分为“快速发育” “缓慢发育” “动态平衡”3个阶段;（2）45年来,研究区海岸线稳定性持续增强,其中孤东海堤段岸线与黄河清水沟亚三角洲南部岸线保持相对稳定,而清8汊河口段岸线与清水沟废弃河口段岸线较为活跃,其岸线稳定性指数基本低于0.5;（3）陆上三角洲淤积、侵蚀中心的迁移同河口位置变动相对应,尤其是淤积中心的迁移与河口位置变动之间在经度向存在明显的正向关系,R² = 0.690 4;（4）黄河入海泥沙减少、河口位置迁移以及人类活动对三角洲海岸线的发育演化影响显著。从长远来看,在黄河入海泥沙持续减少的背景下,三角洲的未来仍面临侵蚀的威胁。     

Seasonal physical–chemical structure and acoustic Doppler current profiler flow patterns over multiple years in a shallow, stratified estuary, with implications for lateral variability

The overall goal of this study was to strengthen understanding of the hydrographic structure in shallow estuaries as influenced by seasonal and depth-dependent variability, and by variability from extreme meteorological events. The mesohaline Neuse Estuary, North Carolina, U.S.A., which was the focus, receives surface inputs from upriver and tributary freshwater sources and bottom inputs from downriver high-salinity sound water sources, resulting in varying degrees of stratification. To assess depth-dependent, estuary-wide changes in salinity, a multiple time series was created using data from four discrete depths (surface and 1, 2, and 3 m±0.25 m). The database was developed from weekly to biweekly sampling of the entire water column, and included side-channel as well as mid-channel data. We characterized seasonal differences in halocline depth affecting the hydrographic structure of the mesohaline estuary and site-specific variation in nutrient concentrations, based on a comprehensive eight-year physical/chemical database. The first two years of the record showed an expected seasonal signal and included events that impacted the surface layer from freshwater inputs. Remaining years had greater variability over seasons and depths, with freshening events that affected all depths. Halocline depth was compared at specific locations, and a “snapshot” view was provided of the relative depth of these water masses within the estuary by season. We also examined flow patterns at the same cross-estuary sites over a three-year period, using a boat-mounted acoustic Doppler current profiler (ADCP) with bottom-tracking capability. Composite visualizations constructed with single-transect ADCP data revealed a classical estuarine circulation pattern of outflow at the surface/southern shore and inflow at the bottom/northern shore. Although this pattern deviated under extreme climatological events and was sometimes variable, the estuary generally exhibited a high probability of direction of flow. Wind fields, hurricanes, and small-scale, high-precipitation events represented significant forcing variables.