基于神经网络的长江口深水航道海域悬浮泥沙浓度研究

航道治理和维护的核心问题为泥沙问题。在充分分析遥感和遥测数据的基础上,利用BP神经网络方法对长江口深水航道海域悬浮泥沙浓度进行了研究。当隐含层神经元个数为8时,预测效果最好,网络的RMSE仅为0.102,网络的拟合度达到0.899。预测的最大相对误差为28%,最小相对误差为6%,总的相对误差为21.5%。     

长江口深水航道工程南导堤越堤水沙运动观测研究

通过现场观测对长江口深水航道工程南导堤越堤水沙运动规律进行深入研究.结果表明:1)存在越过南导堤指向北槽的净输沙运动,观测期间,堤顶单宽涨潮通量与单宽落潮通量之比约为10∶1,堤顶单宽涨潮输沙通量与单宽落潮输沙通量之比约为25:1;2)经初步估算,观测期间越过S4～S5段南导堤输向北槽方向的泥沙总量约为156.5×104t;3)越堤水流携带的泥沙绝大部分可以通过坝田进入北槽.     

长江口水域三维水动力数值模拟研究

本文在前人对河口水域三维水动力研究的基础上，建立了长江口水域三维非线性斜压浅海与陆架模式，并首次应用到长江口水域尾水排放水动力数值模拟研究中。考虑到实际河口形状和海底地形，采用平面和垂向三维坐标变换，在空间完全交错的网格系统上离散化控制方程组，并引入ADI计算方法数值求解。数值模拟结果基本上反演了长江口水域的三维水动力状况。     

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。     

长江口深水航道内溢油轨迹的数值模拟

耦合海洋和溢油模型,建立起1个适用于长江口深水航道内溢油轨迹预报模型。海洋模型考虑了深水航道中导堤丁坝的影响,能够较好地模拟深水航道内流场,使物理场更加可信;溢油模型采用前国际上常用的随机游走和拉格朗日油粒子追踪法,预测油粒子的漂移扩散轨迹和扫海面积。研究表明:在深水航道中段发生的溢油事故,油粒子的漂移分布和扫海面积受导堤丁坝和流场的共同影响,涨急时刻溢油24h后油粒子的分布和扫海主要分布在导堤丁坝附近,落急时刻溢油的油粒子则大部分分布于导堤丁坝外,扫海面积也比涨急时刻大,对九段沙自然保护敏感区域产生一定程度的潜在生态影响。本文用数值实验的方法验证了海洋模型中考虑导堤丁坝与不考虑导堤丁坝相比,溢油轨迹预测是有差别的,考虑了导堤丁坝会对油粒子在导堤丁坝附近的漂移和扩散起阻挡约束和聚集的作用,没有考虑导堤丁坝的溢油扫海面积增大。     

长江口海域浅水波浪数值模拟的探讨

本文应用中国海洋大学研制开发的“二维浅水海浪谱数值模式”,选择东向入射波进行了口门及航道内较具代表性的5个点的模拟。初步分析了该数值模式在复杂地形、径流等环境条件下的表述性和敏感性,为“二维海浪谱数值模式”在长江口海域的应用做一些探讨性工作。     

基于数字高程模型定量分析长江口深水航道工程治理效果

长江口深水航道工程于1998年开工建设,2002年和2005年一期和二期工程先后竣工,分别达到8.5和10.0 m通航水深。自2006年三期工程实施以来,北槽航道中段连续4a发生严重淤积,年疏浚维护量平均达6×107m3,影响三期工程目标的如期实现。通过自主开发的数字高程模型定量分析平台,建立时间序列的空间分布属性数据库,对长江口深水航道工程治理过程前后的河床冲淤变化规律和工程效果进行量化分析,分析结果揭示了长江口南港北槽深水航道近期淤积的泥沙来源、淤积过程、主要淤积原因和淤积部位,从而为工程治理对策提供科学依据。     

长江口自适应网格的构造与水流和泥沙冲淤的数值模拟的初步研究

随着沿海经济带的开发利用,河口海岸动力学问题,如航道淤积、河口演变、港湾建设及污染物的排放和扩散等,日益引起人们的重视.数值模拟方法是研究这些海岸环境问题的理想工具之一,但由于河口区域的海岸线和河岸线的形状非常复杂,加上众多的岛屿,给模式网格的划分造成很大的困难.为此,我们将自适应网格的生成方法应用于河口港湾的数值模拟研究,以长江口和杭州湾的水动力学模拟为例,该法较好地克服了均匀网格拟合边界的困难,得到了较合理的计算结果.     

长江河流入海泥沙通量的探讨

由于目前水文站在精确测量河流泥沙的方法上还存在缺陷,使用的方法还无法抓住‘沙峰’,故有理由提出过去在计算长江入海泥沙通量上总体是偏低的。依据水沙关系模型,对过去近40年来大通水文站提供的泥沙实测值和公布值做了计算,并在此基础上作了修正。结果表明,除了20世纪50年代模拟值略偏低外,60年代可达到约5~9亿t,70-80年代有所回落,在5~6.4亿t之间,这与20世纪50年代上游植被保存较好,而60年代则破坏较大,70-80年代又有所改善的背景基本一致。     

珠江口悬浮泥沙迁移数值模拟

建立了珠江口海域三维悬浮泥沙的非饱和输沙数学模型,并与珠江口三维水动力斜压模型耦合,对悬沙迁移分布进行了模拟。模型由4个点的逐时实测含沙量过程进行了验证。各点模拟含沙量与实测含沙量吻合较好,表层分布与同期珠江口悬沙分布遥感图像基本一致.模拟结果表明,珠江口海域悬沙分布分层明显,河口附近水域大多为底层含沙量大于表层,但在盐淡水交汇处出现中层含沙量最小的情况总体上,自各个口门输出的泥沙受沿岸流作用向西南万向输送明显。大多数河口落潮时相对涨潮时含沙量等值线外移,反映珠江口水域悬浮泥沙主要来自河流。     

长江口北槽泥沙运动现场示踪分析研究

研究利用铱(Ir)作为信号元素制备示踪沙,在长江口北槽深水航道维护困难区段开展示踪沙的现场投放及回收试验。利用火试金法对回收的泥沙样品进行痕量铱金属的提炼,并将其富集在微小铅珠中;再将铅珠压成薄片,并作为原子反应堆照射靶样进行中子活化分析,检测铱的含量。实验结果表明,在位于北槽深水航道北侧的3#坑投放示踪沙,北槽试验区所有泥沙样品中均检测出铱含量,其中位于深水航道南侧滩地上泥样中铱含量最高。因此,北侧3#贮泥坑流失的泥沙存在着跨越航道进入南侧边滩的情况,这对北槽中段航道回淤的影响较大,为改善北槽深水航道困难段的维护条件需要改进该处的抛吹泥工艺或限制抛泥活动。     

长江口北槽黏性细颗粒泥沙特性的试验研究

选用长江口北槽黏性细颗粒泥沙,在不同盐度的人工海水中通过静水沉降、动水沉降等各种试验手段了解其基本特性。在静水沉降管中观测了胶粒的电化学絮凝过程和重力碰并过程,于不同盐度条件下找出最佳絮凝盐度;并通过黏性细颗粒泥沙在流动海水中絮凝的试验研究,揭示其在动水中絮凝的机理和规律,及不同条件下的起动流速、不淤流速、沉降速度等特征值,从而分析其落淤情况。研究结果表明,长江口北槽细颗粒黏性泥沙的最佳絮凝盐度约为15,起动流速为15~20 cm/s,这与泥沙的淤积固结时间有关,而不淤流速约为60 cm/s。并由试验得到了挟沙力与流速之间的经验关系,以及用于估算不同流速条件下泥沙沉降速度及淤积量的经验公式。这些结果可用于长江口航道的疏浚、整治工作中,具有一定的理论指导意义。     

长江口整治工程对盐水入侵影响研究

根据实测资料分析了长江口的盐水入侵问题。采用调和常数得到外海控制潮位,用流量控制上游边界,建立了长江口、杭州湾及邻近海域正交曲线坐标系下的二维潮流和盐度数学模型。模型验证了长江口洪、枯季时大、中、小潮的潮位、流速、流向和盐度,较好地模拟了口外顺时针旋转流和口内往复流的特征,反映了外海盐水入侵和北支盐水倒灌的运移特性。在此基础上对长江口综合整治规划方案进行了研究,讨论了整治工程对减轻长江口盐水入侵的作用。     

河控型河口盐度层化对悬沙的捕集机制以洪季磨刀门河口为例

河控型河口盐度混合和层化是控制悬沙输移扩散的重要动力机制。以珠江磨刀门河口为研究对象,基于2017年洪季三船同步大、小潮水文泥沙观测数据,分析河控型河口水体盐度层化结构的时空变化对悬沙分布的影响机制。结果表明：受径潮动力耦合时空变化影响,河口盐度垂向分布表现出时空差异,即受径流主导的M1站(挂锭角),河口盐度在涨落潮周期内垂向混合均匀,受径潮控制的M2站(口门)在整个潮周期内盐度层化结构明显,口门外侧的M3站,潮动力作用较强,盐度垂向分布随涨落潮变化而变化;悬沙空间分布与盐度分布关系密切,盐度混合均匀利于悬沙垂向均匀分布,而盐度层化则使悬沙倾向于滞留在底层水体中,且在盐度层结界面之下出现高悬沙浓度,悬沙浓度垂向分布曲线呈L字型或抛线型,纵向上表现为高浓度悬沙团抑制在盐水楔前端,盐度层化对悬沙的捕集效应明显。通过对比水体标准化分层系数与水流垂向扩散强度系数发现,两者呈现负相关关系,即标准化分层系数愈大,垂向扩散强度愈小,表明水体层化抑制悬沙垂向扩散强度,而且水体层化程度越高,悬沙垂向扩散抑制程度越大,进而促进了河口水体盐度层化对悬沙捕集作用。本研究有助于揭示河口细颗粒泥沙运动机制及河口拦门沙演变机制,并为磨刀门河口拦门沙治理提供科学依据。     

磨刀门河口水沙变化与地貌响应

以西江磨刀门河口为研究对象,应用马口站1960～2000年月平均流量及含沙量资料,1980、1981和2003年洪枯季实测水文及表层沉积物采样资料,分析磨刀门河口近几十年来的水沙变化,建立磨刀门河口水沙变化与纵、横断面及口门形态的响应模式.结论认为,西江磨刀门河口径流量年际变化不大;含沙量及输沙总量在1993年前后发生变异,有减少的趋势,悬浮泥沙中值粒径偏细;总体上形成了丰水少沙的水沙组合.磨刀门河口形态响应滞后于水沙变化,存在洪淤枯冲的年内变化.由于上游来沙量减少、人工护岸的作用下,河口口门断面趋于窄深.总体上,磨刀门河口深槽变浅,拦门沙在波浪作用下加高变薄;口门向外海延伸较快,使得河口口门动力相对强弱发生了较大变化,波浪动力及沿岸流对泥沙转运的作用增强,磨刀门河口正逐渐向河流-波浪型河口转变.     

潮汐河口断面悬沙通量组分模式及其在长江口的应用

断面泥沙通量估算的误差主要来源于计算方法、测点布局等,通量模式应该建立在通量估算统计误差最小的原则基础之上.在断面网格设计中采用统计误差最小的等面积单元网格,在泥沙通量估算中采用泥沙组分浓度,在流速变量插值上垂向采用对数函数插值,横向采用第一边界三次方样条函数插值.这样建立的潮汐河口悬沙断面通量组分模式较以往的任何模式更完善,断面通量估算的误差最小.将该模式应用于长江河口南港断面悬沙通量估算及其输移机制分析,断面泥沙通量表现为大潮期大进大出、大出大于大进;小潮期小进小出、小出大于小进;主要输移机制是拉格朗日输移和潮泵.     

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。     

径流量变化对长江口水动力特性的影响

为了研究径流量变化对长江口水动力特性的影响,利用MIKE21建立长江口水动力数学模型,分别模拟计算长江口不同径流量影响的潮流场,统计分析不同径流量时各汊道涨落潮量和净泄量以及分配比例;统计分析不同径流量对各汊道潮位变化的影响;统计分析不同径流量对北槽中下段水动力特性的影响。得到如下结论:1)径流量的变化对于涨潮分流的影响显著,随着径流量的增加,更多的潮流从北支、北港、南槽进入长江口内。当上游的径流动力增强,外海潮流受上游径流的阻挡,难以继续上溯。2)越是靠近上游,径流量的变化对平均潮位的影响程度越高,入海口处受径流的影响微弱;上游径流量越大,潮波向内陆传播越受阻,能量消耗越大,致使其动力减弱。3)径流量的变化对平均流速的影响与上述潮位变化类似,上游径流量越大,各汊道流速越大;越靠近海洋,径流影响越小。4)长江口北槽中下段转流时刻会出现平面对流现象。横向方向上普遍存在越堤水流,且南北导堤均为北向越堤流占优势。     

长江口细颗粒泥沙絮凝作用及其制约因素研究

简要介绍了人海河口细颗粒泥沙的絮凝机理;以长江口细颗粒泥沙絮凝作用的研究为例,概述了影响河口细颗粒泥沙絮凝的若干因子;着重介绍了长江口水体生物地球化学过程对于细颗粒泥沙絮凝作用影响的研究进展。在此基础上,结合国内外相关研究的最新进展以及河口工程与环境中的泥沙问题,提出未来工作设想。     

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。