近60年来长江河口河势变化及其对水动力和盐水入侵的影响Ⅱ.水动力

本文基于本系列论文Ⅰ中数值化的长江河口20世纪50年代、70年代海图获得的岸线和水深资料,以及2012年水深实测资料,设置不同年代模式网格,考虑径流量、潮汐和风应力作用,建立长江河口水动力和盐水入侵三维数值模式,模拟和分析不同年代潮汐潮流、单宽余通量、分汊口水通量和分流比,及其河势变化对它们的影响。最大潮差在3个年代间的变化主要在北支区域,50年代至70年代,北支潮差减小,减小区域集中在北支中段,2012年相比70年代北支潮差增大。单宽水通量在50年代北港大于南港,北支下段向上游输运、上段量值较小,在70年代南港大于北港,北支下段量值较小、上段向下游,在2012年南北港水通量较为接近,北港稍大,整个北支水通量向上游。定量给出了50、70年代和2012年南北支、南北港大潮期间和小潮期间涨潮、落潮和净水量和分流比,结合河势变化分析了不同年代间的变化原因。     

天津港主航道连续观测点潮流和余流特征分析

基于天津港主航道连续观测点31 d的实测海流资料,利用调和分析对主航道潮流和余流特征进行研究,同时结合同步风速资料研究风对表层余流的影响。结果表明:(1)航道附近属于弱流海区,表层平均流速为31.4 cm/s,流速总体上由表至底逐渐减小,流速方向大致集中在NW—SE向。(2)观测海域潮流以正规半日往复潮占主导,优势分潮为M₂,浅水分潮较为显著,涨潮流流速大于落潮流流速。(3)观测期间表层平均余流流速为2.8~13.8 cm/s,随着深度增加余流流速逐渐减小,方向大多为NW向。该站表层余流受风的影响显著,东南风将使余流方向偏向西北。     

南麂岛附近海域潮汐和潮流的特征

以2008年冬季在浙江近海南麂岛附近投放的4个底锚系观测的水位和流速资料为依据,分析了潮汐和潮流特征。水位谱分析结果显示半日分潮最显著,全日分潮其次;近岸的浅水分潮比离岸大。水位调和分析结果表明:潮汐类型均为正规半日潮,近岸处的平均潮差大于3m,最大可能潮差大于6m,潮汐呈现出显著的低潮日不等和回归潮特征。流速谱分析结果显示半日分潮流最强,全日分潮流其次,且比半日分潮流小得多;近岸浅水分潮流比远离岸显著。流速调和分析结果表明:潮流类型均为正规半日潮流,靠近岸的两个站浅水分潮流较显著;最显著的半日分潮流是M2分潮流,其最大流速介于0.32～0.48m/s之间,全日分潮流均很弱,最大流速小于0.06m/s。M2分潮流均为逆时针旋转,椭圆率越靠近海底越大;最大分潮流流速分布为中上层最大、表层略小、底层最小;最大分潮流流速方向的垂向变化很小,底层比表层略为偏左;最大分潮流流速到达时间随深度的加深而提前,底层比中上层约提前30min。潮流椭圆的垂向分布显示这里的半日分潮流以正压潮流为主;日分潮流则表现出很强的斜压性。     

黄河口附近海域潮流特征分析

黄河口作为我国重要的河口区域,研究其潮流特征对河口海域工程建设及环境保护具有重要意义。本文利用黄河口大潮期6个站位25 h连续潮流观测结果,采用准调和分析及数据统计方法,研究了该区域观测期间的潮流特征：观测期间,各站流速流向差异性较大,平均涨潮流历时大于平均落潮流历时。调和分析结果可知,半日潮流为该区的潮流性质,并且多数的站为往复流,该区所受浅水分潮流的影响较低。0～3 cm/s为各观测站的主要余流流速区间,S—SSW向为余流主向;各站位的流速在垂向上基本呈现出逐渐减小的态势。     

水平轴潮流能水轮机阵列对区域潮流场影响研究

为考察水轮机阵列对区域潮流特性的影响,本文基于Delft 3D-Flow建立斋堂岛及附近水域的三维水力学模型并通过实测数据进行校验。经验证后的模型,采用TSE方法确定阵列在目标水域中的放置位置,并通过动量损失方式模拟水轮机对流场的影响,进而研究和评估在一定水域面积下不同水轮机数量组成的阵列对潮流场的影响。仿真结果显示:该水域放置水轮机阵列将对附近较大范围水域的水位产生影响,在靠近阵列处水位变化最大能达到3 cm;对区域流速影响较为显著,当阵列中水轮机密度较大时,其尾流影响区域局部时刻流速下降能达到45 cm/s且影响距离可延伸至其下游2 km外。     

倚岸型潮流脊体系中的深槽冲刷——以江苏如东海岸为例

江苏如东海岸的潮流脊体系位于南黄海辐射状沙脊群南部,由沙脊及脊间深槽组成,为"倚岸型"潮流脊体系。本文采用水平一维模型模拟深槽从初始形态冲刷至均衡态的演变过程,用不同的潮差及初始剖面坡度等参数运行该模型,以了解深槽冲刷深度的主要控制因素及其对深槽均衡态的影响。数值实验结果表明:(1)给定初始剖面的坡度、潮差等参数,经历一定时间的冲刷之后剖面达到均衡态,其后剖面形态保持稳定,不随时间改变;(2)若仅给定初始剖面的坡度,则潮差越大,达到均衡态时深槽的冲刷深度越大,而且潮差的变化对冲刷深度有显著影响;(3)若仅给定潮差,则初始剖面的坡度越大,均衡态时深槽的冲刷深度越小且初始剖面坡度的改变对冲刷深度有显著影响。     

丁字湾近岸海域潮汐、潮流和余流特征研究

利用丁字湾近岸海域2021年的最新观测资料,研究了潮汐、潮流和余流的基本特征和变化规律。得出如下结论：潮汐为正规半日潮,最大潮差405 cm,最小潮差69 cm,平均潮差248 cm,涨潮历时小于落潮历时。潮流为规则半日浅海潮流,最大涨潮流流速为67 cm/s,最大落潮流流速为72 cm/s。涨潮流历时小于落潮流历时。垂向来看,表层流速最大,中层次之,底层最小。海流的旋转谱分析的结果显示M₂分潮的谱峰值最高,运动形式为逆时针旋转流。余流,整体余流流速小于10 cm/s,表层余流最大,中层次之,底层最小。观测期间,长周期的风向和余流流向相反,因此风不是余流的控制因素。     

泉州湾潮流场的数值模拟研究

本文建立了水深平均的二维潮流数学模型,并利用该模型对泉州湾潮流运动进行了数值模拟研究,模拟的潮位过程、流速与流向均与实测值吻合良好。模拟结果演示了湾口至湾顶潮差逐渐增大、潮位滞后、涨落潮历时变化的特性以及湾内的流速、流态分布特征,表明了湾内潮流为正规半日潮,主航道内流速大于周边地区,潮流较强区域位于鞋沙南北潮沟,南槽流速大于北槽,口门内潮流具有明显的往复流特性,口门外潮流具有一定的旋转流性质。     

基于UDF的水平轴潮流能水轮机被动旋转水动力性能研究

针对水平轴潮流能水轮机被动旋转问题,基于Fluent 17.0,运用UDF(User Defined Function)控制滑移网格对网格进行动态调整,仿真研究水轮机在不同安放角下被动旋转的水动力特性。通过仿真分析,结果表明:潮流能水轮机随着叶片安放角度的增加,尖速比、输出功率、捕能系数都是先增大后减小,叶片安放角为6°时,叶轮前后速度差最大,对潮流能利用充分,且各项性能均达到最佳;通过分析叶片受力,叶尖叶素在安放角为2°时阻力最大,3°时升力最大,升阻比在6°时最大,此时叶尖叶素升阻比C_L/C_D=6.27、攻角α=3.06°。由仿真结果可知水平轴潮流能叶轮的自启动过程由5个阶段组成,即加速度增大的加速运动段—加速度减小的加速运动段—加速度反向增大的减速运动段—加速度反向减小的减速运动段—稳定运行段,这对潮流能水轮机的设计具有重要的指导意义。     

黄茅海河口沿程异常潮差数值模拟研究

通过一维及ECOMSED二维水动力数值模型,分别计算了黄茅海河口潮波传播中的非线性效应和径流对潮波的影响,以及潮能通量和潮能耗散.计算结果表明:1)在潮汐的高潮和低潮时,非线性效应对潮水位的影响较为明显,且越向上游影响越显著;2)当径流量加大到一定程度时,沿程潮差逐渐向上游减小,而当径流较小时,潮差则沿程增大;3)崖门...     

长江口北支强潮河道悬沙运动及输移机制

随着崇明北侧岸滩的自然淤涨和人工圈围,北支河道显著束窄,"喇叭口"顶点位置下移。在新的地形及流域来水来沙变异背景下,作为长江河口的分支强潮汊道,其悬沙运动与输移特点值得探讨。根据2010年4月小潮至大潮连续8 d的半个半月潮水沙观测,结合多年不同河段水沙观测数据得到的含沙量过程曲线显示:整个河道潮流强、含沙量高,含沙量过程曲线呈 "单峰-双峰-单峰"的变化特点;河道悬沙的输移以平流输移和"潮泵输移"为主,以"喇叭口"顶点为界,上游段河道平流输移占主导地位,"潮泵输移"次之;下游段"潮泵输移"占主导,平流输移次之。净输沙总量呈:上段河道向海,下段河道向陆,在"喇叭口"顶点附近存在一个泥沙汇聚的最大浑浊带区域。     

钱塘江河势变迁与径潮流相互作用研究

基于平面二维水沙床耦合地貌模型,反演了1958年1月至1964年12月连续枯水年期间钱塘江尖山河段的主槽摆动过程,揭示了河势由顺直到弯曲的主要演变规律和内在机制.结果表明,在低径流和强潮流作用下,丰水年形成的北部落潮槽逐渐淤积形成浅滩,南部涨潮槽冲刷发展形成南、北两支,两槽间江心滩发育壮大,形成弯曲河势.河床冲淤主要集中在前两年内,潮汐周期内涨潮初期冲刷、涨憩和落潮初期淤积,区域淤积泥沙主要来源于下游杭州湾,北槽前期淤积为落潮型淤积,后期为涨潮型淤积.河势变化使得区域潮差增大潮动力增强,南槽涨落潮流速显著增大.顺直河势下,江心滩南北两侧分流比差异不大,涨潮期间南侧略高、落潮期间北槽略高.弯曲河势下,南槽水深和纳潮量增加,涨、落潮分流比均显著增大至75％以上.     

潮流和径流作用下大沽河河口区水动力特性研究

基于Mike21软件,建立了潮流和径流作用下大沽河河口区水动力数学模型。利用数学模型,对纯潮流作用下的潮位、潮流进行了模拟,并与实测资料进行了验证;在此基础上,对大潮期间不同径流作用下的潮位、潮流进行预测分析。结果表明:随着径流量增加,潮位相应增加,潮差相应减小。高潮位时,径流量对潮差的影响较小。低潮位时,径流量对潮差的影响较大。随着径流量的增加,涨潮历时缩短,落潮历时增加,涨落潮历时比值降低;涨潮流速则变小,落潮流速增加;流向整体趋势变化不大。平水期径流条件下,涨急和落急时刻径流影响范围分别为65.5和120.2km2;丰水期径流条件下,涨急和落急时刻径流影响范围分别为144.9和165.0km2。     

基于三维调和分离的同安湾口门断面冬季潮流和余流特征的分析

利用同安湾口门断面走航ADCP观测数据,采用基于高斯基函数的Candela空间插值方法,对海流进行空间三维的调和分离,并对分离的各分潮流与余流进行流场的回归检验分析,F(α=0.01)检验显示流场的回归效果显著.观测期间同安湾口门断面平均潮差为5.15 m,最小潮差4.38m,最大潮差5.98 m,断面上涨落潮最大流速分别为92.3、80.3 cm/s,潮流特征分析表明,同安湾口门断面的潮流运动形式为往复流,以半日潮流为主,约占70%潮流信息,潮流流速从海表面向海底递减.余流最大值为12.5 cm/s,空间分布上将同安湾口门断面一分为二形成北进南出的余流进出通道,这与以往余流格局的认识相符.     

舟山本岛南部附近海域潮汐潮流特征分析

文章基于沈家门长期潮位站、长峙岛临时潮位站的观测资料和对舟山本岛南部海域多个站位实测的潮流基础数据,采用调和分析法对潮汐潮流进行特征分析。舟山本岛南部附近海域潮汐类型属于规则半日潮,潮差变化和日不等现象明显,有一定的潮汐浅海作用。潮流类型属于以往复流为主的规则半日浅海潮流,实测潮流中涨落潮流速不等、历时不等现象显著,最大流速、平均流速均是大潮大于小潮,涨潮流历时长于落潮流历时,潮流变化主要受协振波所控制,流向在涨落潮方向波动。     

珠江三角洲网河区径流潮流相互作用分析

在大量实测资料基础上采用小波分析方法对珠江三角洲网河区径流与潮汐的相互作用进行分析,得出如下结果:网河区潮差和潮位的周期变化既有典型潮汐的半日周期和全日周期以及半月周期,也有径流量的周期变化如64.8 d的周期变化,即同时具有径潮的周期变化.不同河段潮差及各分潮波振幅与径流量的大小具有明显的反相关关系,径流量越大,潮差越小,三水站潮差随流量以-0.0002的速度减小,网河区下游河段则减小得较慢.上游径流量越大,因克服径流的阻碍作用而消耗的能量越大,潮汐作用强度迅速减弱,各分潮潮波振幅和潮差沿程减小越快.随着径流量的增大,三水站潮簇D₁,D₂和D₄的振幅明显减小,D₂的振幅衰减得最快.     

古长江河口湾充填潮流作用机制的初步探讨

长江三角洲的发育是以古长江河日湾的充填来实现的.研究潮汐、潮流在古长江河口湾充填中所起的作用,可深入了解长江三角洲的形成发育过程.建立了渤海、黄海、东海的二维潮流数学模型,数值模拟了冰后期最大海侵,即现今长江三角洲地区为巨大河口湾时的M2潮汐、潮流.在此基础上,计算了古长江河口湾及其周围海域8种粒径泥沙的潮平均悬移与推移输沙率,并根据输沙率散度的正负,划分了海底冲刷区与淤积区.根据计算结果得出,冰后期最大海侵时,存在大致以古长江河口湾湾口中点为腹点、波腹线向海凸起的独特驻潮波波腹区.在其控制下,外海潮流大致以古长江河口湾湾口中点为顶点作辐聚、辐散运动.在古潮流场作用下,经历每一个潮周期后,古长江河口湾周围海域的泥沙均向河口湾内净输运,并在河口湾内淤积.古长江河口湾的充填是在长江带来大量泥沙,外海的潮汐、潮流又有利于泥沙向河口湾内净输运,且在河口湾内沉积的情况下实现的.外海的潮汐、潮流为古长江河口湾的充填、长江三角洲的发育提供了必要而又有利的水动力环境.     

蒙特利湾底层潮流特征分析

利用多种分析方法对2011年4月至2011年10月蒙特利湾的1个站点近半年的底层流速观测资料进行分析。潮流谱分析结果表明,半日潮流(M_2和S_2)和全日潮流(K_1和O_1)在该地区潮流中占主导地位。调和分析结果表明,潮流椭圆随深度旋转,且以顺时针旋转为主,潮流振幅存在显著的垂向变化。2个主要半日分潮M2和S2的垂直结构相似,表明该地区的主要潮流是正压的。4个主要分潮随深度变化的主要特征袁明这地区的潮流受下边界层的影响。基于EOF分解的东向和北向潮流的不同垂向模态中,零阶模态的方差贡献至少为85%,斜压模态的方差贡献很小,这进一步揭示了该地区的潮流有很强的正压性。     

江苏海岸中部近岸冬季潮汐和潮流特征

南黄海西侧的江苏海岸近岸区域,素以地形复杂、潮流强劲、悬沙输运剧烈著称,但是较长期的同步潮位和潮流观测数据仍然缺乏,尤其是在近岸(20 km)浅水(20 m)区域。2014年1月在大丰港附近开展了连续潮位和潮流观测,获得的数据揭示了一系列特征。此地潮汐潮流为正规半日潮,浅水分潮显著。平均潮差为3.05 m,最显著的两个分潮为M2和S2分潮,振幅分别为1.45 m和0.52 m。潮流最显著的半日分潮M2分潮和最显著的浅水分潮M4分潮在沿岸方向上振幅分别为0.84m/s和0.12m/s,在跨岸方向上振幅分别为0.24 m/s和0.01 m/s,沿岸方向占绝对优势。潮波的沿岸传播介于前进波和驻波之间,驻波的特征稍强。M2分潮潮流椭圆最大流(长轴)方向为南偏东7.4°。存在冬季沿岸向北的余流,垂向平均值的大小为2.2 cm/s。以上潮汐潮流特征为该区域海洋物质输运研究提供了基础资料。     

大亚湾海域潮流和余流的三维数值模拟

用三维陆架海模式(HAMSOM)对大亚湾海域的潮汐、潮流和余流进行了数值模拟研究,模拟结果与实测值吻合较好。给出了潮流性质、主要分潮的潮流椭圆和余流。计算结果表明,大亚湾海域的潮流性质以不正规半日潮为主,水平潮流具有明显的往复流性质,主要呈南-北方向,落潮流速比涨潮流速大,其中表层M2分潮最大流速为25.3cm.s-1。流速受地形的影响,在大辣甲和黄毛山岛之间以及两岛与岸之间的区域流速较大,尤其在湾的东北角狭长地形处流最急,流速最大;靠近岸边流速较小,水平速度的垂向变化不大。夏季湾内余流较小,海域自净能力较弱。冬季湾内水体的自净能力随流场强度加强而加强。