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...     

黄河口清水沟流路泥沙淤积分布及扩散

本文通过实例资料，分析了黄河清水沟流路入海泥沙淤积在三角洲陆上和滨海以及漂向外海的泥沙分配，统计了三角洲淤积沿岸线的淤积延伸宽度以及泥沙在滨海水下的淤积范围，并对潮流和余流引起的泥沙扩散进行了分析。     

感潮河段船闸下引航道水沙运动及泥沙淤积

通过建立一维非恒定水流泥沙数学模型,对规则断面引航道中的水流泥沙运动规律及淤积特性进行了数值模拟计算,并对影响感潮河段船闸下泥沙淤积的各种因素(如干支流水位差、开通闸水头差、主流潮差等)进行了深入分析和研究。研究结果可为有关工程设计及运行管理提供参考。     

黄河口清水沟流路泥沙淤积分布及扩散

本文通过实测资料，分析了黄河清水沟流路入海泥沙淤积在三角洲陆上和滨海以及漂向外海的泥沙分配，统计了三角洲淤积造陆沿岸线的淤积延伸宽度以及泥沙在滨海水下的淤积范围，并对潮流和余流引起的泥沙扩散进行了分析。     

舟山LNG取水流道泥沙淤积试验研究

液化天然气(LNG)接收站取水流道内水流形态十分复杂,泥沙淤积问题往往难以避免,特别是在含沙量较高水域,流道内回淤泥沙可能威胁接收站的正常运营。结合现场实测资料,建立取水泵站流道内泥沙物理模型试验,模拟了位于含沙量较高海域的舟山LNG取水流道内泥沙淤积强度及其分布特征。研究结果表明,取水泵站内主要淤积部位发生在前池、过滤池末端、吸水间进口和中部以及应急消防泵附近。在LNG运营和停机期间,消防泵和位于吸水间的海水泵均有埋淤风险。结合试验结果和周边已运营LNG取水泵站泥沙淤积及清淤情况,建议在关注区设立射流冲刷装置,可减少人工清淤频次,提高取水安全保证率,从而增加运营效益。     

波浪作用下细颗粒泥沙起动试验研究

长江口北槽中下段滩面泥沙以粉砂和极细砂为主,在风浪条件下极易起动,形成近底高浓度含沙层,成为航道淤积的重要泥沙来源。采用长江口北槽中下段滩面现场泥沙,进行了波浪作用下泥沙的起动试验研究。试验结果表明:相同水深条件下,波浪周期越长,泥沙的起动波高越小;相同波浪周期条件下,水深越大,泥沙起动波高越大;对于自然密实1天的泥沙,波浪作用下的起动临界剪切力平均约为0.325 N/m2。本次试验结果和已有的波浪起动公式计算结果以及已有的试验结果进行了比较分析,结果均比较一致。     

入海河口闸下河道泥沙淤积危害评估研究

入海河口闸下河道淤积会带来防洪排涝安全问题、影响上游的排灌环境、恶化下游的通航条件、威胁水闸的正常运行等,本文主要针对其增大防洪排涝灾害风险进行探讨。首先介绍了海河流域主要入海河口和苏北里下四港闸下河道的淤积情况和排水能力的变化,然后根据闸下淤积影响因子、洪涝灾害发生频率和抗灾能力等指数建立了风险评估体系,以海河流域和江苏里下四河为例,划分闸下淤积危害为五级,分别为极轻危害、轻危害、中危害、较重危害和重危害。计算分析表明:海河流域的海河闸和永定河闸闸下河道淤积为较重危害,泥沙淤积为严重淤积;独流减河闸下淤积为中危害,泥沙淤积为相对严重淤积。江苏里下四河的射阳河闸和黄沙港闸闸下淤积为较重危害,泥沙淤积为严重淤积;新洋港闸和斗龙港闸闸下淤积为中危害,泥沙淤积为相对严重淤积。     

黄骅港抛泥区泥沙运移及对航道淤积的影响

利用粒子追踪、中子活化示踪砂技术以及赵冲久和Yalin等相关公式对黄骅港抛泥区泥沙运移规律进行了研究,并在此基础上分析了抛泥区对黄骅港航道淤积的影响。结果表明,在正常天气下,抛泥区的泥沙运移主要受潮流控制;在大风条件下,泥沙运移则受到波浪、潮流、风生流等多种因素的影响;抛泥区泥沙几乎不会对航道淤积产生直接影响,其对航道淤积的影响是间接和有限的。     

永定新河口通海航道形成水动力泥沙研究

根据规划永定新河河口拟建一条通海航道,利用了该海域的现场实测资料对水动力条件、地质分布、泥沙特性以及淤积等水动力泥沙特征进行了分析,建立了风浪、潮流和泥沙数学模型,对该航道开挖后的年淤积情况进行计算预测。通过与其临近港口的比较,提出了该航道形成可行性依据,为该航道工程的建设提供科学依据。     

空心方块斜坡堤整治效果试验研究

河口整治工程的实施效果与堤坝的结构型式密切相关,在河工模型上直接研究局部复杂结构对整治效果的影响有较大难度。以长江口深水航道治理二期工程北导堤NⅡC区段空心方块斜坡堤结构为个例,采用水槽试验和动床模型相结合方法,通过水槽试验确定可以在特定河工模型上使用的概化透水结构,使在模型上精确模拟局部复杂结构对整治效果的影响成为可能。研究成果认为,二期工程NⅡC区段2 600 m导堤不建对北槽出口段的整治效果有明显影响,NⅡC区段导堤高程降低1 m或采用空心方块斜坡堤透水结构对整治效果影响不大。     

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。     

长江河口北槽水沙过程对航道整治工程的响应

北槽大型航道整治工程确定了南北槽分汊口分流界线, 阻碍了北槽和邻近滩槽的水沙自由交换过程, 使北槽水沙动力过程发生调整。基于工程前后北槽主槽纵向同步水沙观测数据的统计分析表明:入口段落潮优势显著减弱;上段枯季时落潮优势显著减弱, 而洪季时落潮优势有所增强;中段(弯曲段拐点附近)落潮优势略有减弱;下段落潮优势明显加强。北槽主槽水沙纵向输移机制分析表明:欧拉余流、潮泵作用、斯托克斯效应和垂向环流为悬沙输移的主要驱动力, 其中欧拉余流输沙指向海, 斯托克斯输沙和垂向环流输沙指向陆, 而潮泵输沙随着季节而变化。洪季, 欧拉余流输沙和潮泵输沙在工程前后的变化使大潮期河床冲淤由中段和下段普遍落淤转化为中上段集中落淤。枯季, 工程前后稳定的潮流辐散输沙作用使大潮期河床以冲刷为主, 但工程后在入口段和上段潮泵的向上游输沙占优势, 使悬沙在入口段落淤。     

沉积物捕获器在海岸与陆架沉积动力研究中的应用:以罗源湾和台湾海峡为例

运用时间序列的沉积物捕获器对海岸与陆架海域沉降颗粒物进行采集,估算沉降通量,并运用多学科综合研究手段分析沉降颗粒物的来源、组成、时空变化及控制因素,可以为海岸与陆架沉积动力过程的研究提供新的研究手段。福建罗源湾的实验表明,夏季罗源湾潮下带小潮至中潮期间的沉降通量为133.20~256.18g/(m2·t);由中潮向大潮变化期间单个潮周期的沉降通量明显增大,台风过后的大潮期间的沉降通量为373.99~590.51g/(m2·t);台风显著影响期间的沉降通量为746.34g/(m2·t);粒度分析及水动力观测结果显示,观测期间罗源湾潮下带沉降颗粒物主要来源于海底沉积物的再悬浮。台湾海峡西北部内陆架海域的实验研究表明,该海域近底部悬浮颗粒物沉降通量最大值为13.34g/(m2·d),由小潮向中潮沉降通量逐渐增大,这主要是由于近底部温盐跃层层位上移,近底部垂向混合作用增强,致使底部再悬浮沉积物向上扩散,并最终被沉积物捕获器捕获。沉积物捕获器可以接收到再悬浮沉积物,结合底部边界层过程的观测研究,可以深入认识海底沉积物的侵蚀、沉降及埋藏过程,在研究海岸与陆架区沉积动力学、泥质区沉积记录的形成过程与保存潜力中扮演着十分重要的角色。     

Static and dynamic analyses of three-dimensional hollow concrete block revetments using polyhedral finite element method

In this study, we exploit the flexibility and advantages of polyhedral finite elements in modeling 3D hollow concrete block revetments. In the present method, a new concept is proposed, in which the polyhedral elements are subdivided into sub-tetrahedrons through virtual nodes located at the centroids of the faces and element. Piecewise linear shape functions of polyhedral elements are constructed for the sub-tetrahedrons. Then, the shape functions are used to formulate the stiffness and mass matrices. By this way, the present approach yields lower computational cost than that of the standard polyhedral finite element method based on rational basis functions. The presented method suits well general polyhedral meshes including concave elements, which are used to model 3D complicated structures in design of coastal defenses system protection such as interlocking revetments. Reliability and effectiveness of the present approach are validated by the well-known commercial ANSYS software through static and dynamic analysis.     

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。     

潮汐河口水沙资料整编原则探讨

本文分析了潮汐河口水沙资料的习用整编方法的合理性,指明其可能产生的误差与错误。提出了潮汐河口垂线平均流速与含沙量,单宽涨、落潮量与输沙量的统一整编原则及几个有关问题的处理方法,最后还提出了由实测流、沙资料估算断面涨、落潮量与输沙量的简易实用方法,并对其进行了初步的论证。