珠江河口磨刀门水道枯季盐水入侵特性分析

为探讨磨刀门水道潮流和盐度的三维分布特性,本文建立了磨刀门水道的三维潮流和盐度数值模型,采用2009年枯季磨刀门水道实测潮流和盐度资料对模型参数进行率定和验证。结果显示,枯季由于上游径流量小,磨刀门水道总体涨、落潮流速都不大,表层总体涨潮平均流速都在0.5 m/s以内,总体落潮平均流速在0.8 m/s以内;底层总体涨落潮平均流速都在0.5 m/s以内;从盐度的平面分布来看,磨刀门水道近口门河段总体呈现涨潮时水道东侧盐度高于西侧,落潮时东侧盐度小于西侧的趋势。大潮和中潮期间,落潮时盐水向上游的入侵距离反而较涨潮时更远,主要原因是,落潮时的底层盐水向上游的补偿流动以及地形阻拦形成更为强烈的紊动扩散。潮汐动力弱(小潮)时,整个水道内水流流速很小,流态平缓,紊动较弱,总体仍呈现涨潮时入侵距离大于落潮,显示枯季磨刀门水道盐水入侵的主要影响因素取决于地形和潮动力。     

泥质河口闸下冲淤特性及冲淤量的分析预报

通过泥质河口建闸工程闸下淤积特性的分析研究表明,闸下河段淤积的条件是涨潮流带入河段的泥沙数量大于落潮流从河段内带走的泥沙数量。其水动力原因是径流量减小和潮波变形。在此基础上提出了建闸工程和建闸与双导堤相结合闸下淤积和冲刷的分析预报方法,这些冲淤分析预报方法得到了相关工程的实测资料及浑水动床物模试验结果的验证。     

大官坂潮汐电站泥沙问题的试验研究

福建省连江县大官坂水库处潮差大,含沙量少,坝址等处均为岩石基础,且拦水堤坝、水闸均已建成,形成了有27.5平方公里水面积的大水库,这些天然和现有工程条件均甚有利于建造潮汐电站。但潮汐电站建成后,水库是否会淤积,其主要决定因素为何,直接关系到电站使用寿命,因而是必须首先解决的重要问题。为此,我们利用了该水库的天然条件和闸、坝等现成工程条件,参照了潮汐电站涨、落潮双向发电的正常进、出水流的基本规律,控制水闸充、泄水,进行潮汐电站水库的实型泥沙试验。经过大潮、中潮、小潮三种代表性潮型的试验,结果表明:水库各潮平均进水流速小于平均出水流速,相应各潮的进沙量亦小于出沙量,故泥沙淤积问题不大。另外,水库水中含沙量少,且泥沙颗粒细,又在双向发电的情况下,泥沙在库内停留时间较短,易于起动,这些也是泥沙难淤的重要原因。由上可见,潮汐电站水库泥沙淤积与否,关键在于电站的科学运行、管理。浙江江厦潮汐电站运行多年来未发生泥沙淤积问题亦可供借鉴。     

三沙湾潮滩涨落潮和大小潮冲淤特征及其动力机制

潮滩不同尺度的变化规律一直是地表过程研究的核心之一。利用声学多普勒流速仪（ADV）、温盐深（CTD）、光学后向散射浊度计（OBS）对三沙湾潮滩涨落潮和大小潮冲淤及动力变化进行了高精度的观测。结果发现,潮周期内,潮滩冲淤呈现涨潮初期冲刷-落潮末期淤积-中间时段稳定的特征,涨潮初期水深<1 m的30 min内平均冲刷4.05 mm,落潮末期水深<1 m的30 min内平均淤积3.72 mm,中间时段动态稳定;大小潮周期内,呈现中潮到小潮平均淤积3.4 mm,小潮到大潮平均冲刷8.2 mm的特征。通过流速、紊动能、水深、悬沙浓度等因子与冲淤的相关性分析发现,潮周期内,流速和紊动能的增减决定涨潮初期冲刷和落潮末期淤积的变化;大小潮周期内,涨潮冲刷大于落潮淤积的特性决定了大潮到小潮阶段的冲刷,涨潮冲刷小于落潮淤积决定了小潮到大潮阶段的淤积。涨落潮周期和大小潮潮周期的冲淤机制为潮滩动力地貌和动力沉积学研究提供了一定的参考。     

海州湾水流紊动强度和含沙量对沉降速度的影响研究

选取海州湾近岸潮流和含沙量实测资料,分析水体紊动强度与含沙量对近岸絮凝体沉降速度的影响,提出了新的沉降速度确定方法。研究表明：淤海州湾近岸泥沙沉降速率大部分在 0.05 ~ 2.50 mm/s 之间,潮周期内泥沙絮凝体的沉降速度 有明显变化。于含沙量较小时,泥沙絮凝体的沉降速度基本随含沙量的增加而增加;含沙量较大时,含沙量与沉降速度呈现出负相关,无论是大潮还是中潮,当含沙量达到 0.7 kg/m3左右时,絮团沉降速度最大,而随着含沙量的增大,絮团沉降速度开始减小。盂在涨落潮垂线平均流速最大时刻,紊动强度达到峰值,含沙量较低时,随着紊动强度增加,沉降速度也随之增加,大潮期间紊动强度对泥沙沉降速度的影响高于中潮。榆新的泥沙沉降速度计算公式不仅考虑了含沙量,还计入了紊动强度 G,大大提高了沉降速度计算值与实测值的相关性。     

曹妃甸粉沙质海岸围垦后港内泥沙研究

粉沙质海岸离岸围垦后港内淤积引人关注。基于平面二维潮流数学模型,采用网格嵌套技术,模拟了渤海、曹妃甸海域潮流场;该海域泥沙为粘性沙,且围垦后港内流速很小,采用悬沙运动数学模型模拟了潮流和波浪作用下正常天气和大风天的含沙量场,分析了大风后含沙量衰减过程,计算了正常天气年淤积强度和大风天泥沙淤积厚度。计算表明,外海泥沙主要通过甸头东侧老龙沟进入港池水域。正常天气下,港内流速小,基本处于淤积环境,但由于外海含沙量小,港池水域年淤积厚度小于10 cm。大风浪作用下,曹妃甸海域含沙量明显增大,由老龙沟进入三港池的泥沙沿程落淤,港内普遍淤积,泥沙淤积厚度在5 cm以内。     

港湾淤泥质潮滩的周期变化

浙江三门湾为典型半封闭强潮港湾,淤泥质潮滩十分发育,存在沉积地貌相带分异。潮滩发育过程中,冲刷和淤积状态交替,形成涨落潮周期、大小潮周期、年周期、多年周期和风暴的“潮滩循环”,与动力环境因素的周期变化相关;台风引起剧烈滩槽交换,是其重要的非潮汐因素。由于毗邻潮汐汊道,湾内宽广蓄潮区导致强劲落潮优势流,自然状态下潮滩及潮下带淤积缓慢。据210Pb和137Cs分析,近百年来长期平均沉积速率为0.56～0.81cm/a.但自60年代以来,湾内大量围涂堵港,导致潮下带浅滩与深槽淤积加快。     

长江口北槽抛泥流速和悬沙浓度时空分布观测

河口泥沙运动有其独特的规律,需要采用高分辨率的观测手段进行系统的现场观测,以此发现河口流速和泥沙分布结构,进而探讨其形成机制,应用声学多普勒流速剖面仪和声学悬浮泥沙观测系统,通过定点和走航式观测长江河口不同潮型和流态下流速和悬浮泥沙浓度时空分布发现:(1)不同潮型出现高浓度“事件”的次数和成因存在差异,中潮型出现高浓度“事件”的可能性最大;(2)抛泥泥沙浓度垂向分布至少有3种结构类型,即上小下大的“L”型、指数型和上大下小的“漂浮”型;(3)受抛泥泥沙输移的影响,断面流场形成低流速区,它们的强度随落潮流的扩散逐渐减弱;(4)不同潮型的落潮流表现出不同的输移行为,大、小潮型落潮流偏北,中潮型落潮流偏南;(5)在落潮流和颗粒重力共同作用下抛泥泥沙同时存在输移扩散和沉降过程,小潮型抛泥泥沙主要就近扩散和沉降,中潮和大潮型抛泥泥沙输移扩散范围较远。     

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.     

空心块体水沙动力及泥沙淤积特性研究

空心块体具有良好的阻水和促淤功能,近年来被广泛用于生态修复工程。本文结合水槽试验及Flow-3D数值模拟,分析了开敞型和半封闭型空心块体的阻水效应和泥沙淤积特性。结果表明:空心块体的开孔率对内部水流流速、紊动强度起主导作用,开孔率较小的半开敞型空心块体减速、制紊效果更强;开敞型和半封闭型空心块体近底层悬沙浓度分别增大56%和75%,两者均有利于促进泥沙在块体内部淤积,近底层水流紊动越强,泥沙淤积形态差异越大;空心块体所营造的低流速、泥沙微淤、内外连通的水沙环境是大型底栖生物的生境需求,半封闭型空心块体内部的低紊动水流结构更有利于大型底栖生物的栖息、繁衍。     

长江口崇明东滩盐沼前缘地带悬浮泥沙横向通量的潮周期变化

对长江口崇明东滩盐沼边缘及邻近光滩处的水深、流速和悬沙含量的潮周期变化过程进行了现场实测,并对横向悬沙通量进行了计算和分析。研究结果表明,在平静天气条件下光滩和盐沼上的流速过程有明显差异,植被缓流作用在落潮期更为显著,流速在涨潮由光滩向盐沼不断增大。与涨潮流速优势相对应,涨潮期平均悬沙含量是落潮期的1.8倍。横向悬沙通量以向岸输移为主,悬沙总通量与潮次内最大水深的四次方呈显著正相关。在平静天气条件下潮汐作用控制着盐沼前缘地带泥沙输移水平,盐沼滩面保持稳定淤积,前缘光滩淤积速率高于盐沼处的,盐沼逐渐向海延伸。在大风天气条件下潮次内的流速和悬沙含量水平提高了数倍,悬沙输移量大增,净输移仍以向岸方向为主,在盐沼上部和前缘光滩均可能在短期内发生大量淤积。     

厦门高集海堤开口改造工程潮流泥沙物理模型试验研究

通过潮汐水流和悬沙淤积物理模型试验,研究厦门高集海堤开口改造工程潮流泥沙问题,研究表明,高集海堤开口后,东、西海域两股水流的汇流区和分流区在高集海堤附近,东海域涨潮流速有所增大,落潮流速有所减小,西海域则相反;随着开口宽度增大,流速变幅增大,开口大于800 m后流速变幅趋缓;海堤开口后净输水方向为自东海域向西海域,有利于厦门湾内水体与外海的交换;高集海堤开口对东渡港区泥沙淤积影响不大.综合分析认为高集海堤开口宽度800～1 000 m较为合适,开口800 m时大潮条件下1d的净输水量约0.91×108m3,东渡北港区港池年平均回淤强度增大0.18 m/a左右,航道淤强增大0.05 m/a左右.     

长江品崇明东滩盐沼前缘地带悬浮泥沙横向通量的潮周期变化

对长江口崇明东滩盐沼边缘及邻近光滩处的水深、流速和悬沙含量的潮周期变化过程进行了现场实测,并对横向悬沙通量进行了计算和分析.研究结果表明,在平静天气条件下光滩和盐沼上的流速过程有明显差异,植被缓流作用在落潮期更为显著,流速在涨潮由光滩向盐沼不断增大.与涨潮流速优势相对应,涨潮期平均悬沙含量是落潮期的1.8倍.横向悬沙通量以向岸输移为主,悬沙总通量与潮次内最大水深的四次方呈显著正相关.在平静天气条件下潮汐作用控制着盐沼前缘地带泥沙输移水平,盐沼滩面保持稳定淤积,前缘光滩淤积速率高于盐沼处的,盐沼逐渐向海延伸.在大风天气条件下潮次内的流速和悬沙含量水平提高了数倍,悬沙输移量大增,净输移仍以向岸方向为主,在盐沼上部和前缘光滩均可能在短期内发生大量淤积.     

非结构网格三维斜压模型研究人类活动对海南岛清澜潮汐汊道水动力影响

清澜潮汐汊道为海南岛东部一个典型的泻湖-潮汐汊道-沙坝系统,由于其优越的自然条件而成为开发的重点区域。近几年的人类活动主要包括:口门西侧的围填工程,航道的疏浚和八门湾泻湖内的围塘工程。采用SELFE模型,结合观测资料,研究了不同人类活动对潮汐汊道的潮波、潮通量与涨落潮历时、河口重力环流、盐水入侵和河口羽流的影响。结果表明不同的人类活动其对动力的影响不同,口门西侧围填工程减小了潮汐汊道的潮差,对潮通量和盐水入侵影响很小;航道疏浚则加大了潮差和潮通量,加强了河口环流和盐水入侵;泻湖内围塘工程使潮差有所增大,但减小了潮通量,对盐水入侵的影响不显著。口门西侧围填工程改变了河口羽流的路径,而航道疏浚则使河口羽流更加向海扩散。     

四十年来磨刀门河口水动力对地形的响应

磨刀门是珠江的主要泄洪通道之一,径流分配居珠江三角洲八大口门之首。从20世纪60年代开始,磨刀门经过大规模的人工整治,河床形态变化很大。利用磨刀门1964年、1977年、2003年的地形,通过ECOMSED模型模拟了磨刀门海域洪季水动力场,对潮流、水面坡降、潮能通量等特性进行对比,发现整治后磨刀门水动力强度加大,而且流速滩槽分异明显;落潮期间上游水位均大于下游水位,水面坡降落潮比涨潮大一个数量级;水深与流速是决定潮能大小的主要因素,同一位置随着泥沙淤积河床变浅,潮能通量也减小。     

调水调沙影响下黄河口泥沙异重流过程

利用黄河干流大型水库进行调水调沙,在短期内将大量沉积物快速输送入海,是河口泥沙异重流触发的重要窗口期。根据2010年调水调沙期间黄河口沉积动力现场观测资料,建立覆盖整个渤海海域的ROMS数学模型,以黄河利津站逐日水沙数据和海域潮汐、风场数据作为模型驱动条件,模拟调水调沙期间的河口泥沙异重流发育过程。模拟结果显示,在没有大风扰动的情况下,河流入海悬沙浓度29.0 kg/m~3时会在河口产生高密度泥沙异重流。黄河冲淡水携带大量悬浮物从河口流出后,与海水迅速混合,在潮流影响下,冲淡水舌随时间由西北向东南偏转,输运至莱州湾西侧。淡水和沉积物主要以表层羽状流和底层异重流形式输运:表层羽状流扩展范围较大,输运路径为河口西北方向-远岸(河口东北区域)-莱州湾西侧;底层异重流扩散范围较小,输运路径为河口西北方向-河口沿岸(东)-莱州湾西侧。河口泥沙异重流生消和水体垂向结构存在周期性变化特征:落潮时段异重流发育较好,水体层化增强;涨潮时段异重流逐渐消亡,水体混合增强。估算出黄河口清水沟清8叉流路主泓区内水体由河口径流、潮汐应变和潮汐搅动引起的势能变化率,其中潮汐应变和潮汐搅动起主导作用,比河口径流引起的势能变化率高出2～3个数量级(102～103)。     

黄河三角洲堤前泥沙起动现场观测研究

使用波潮仪、流速计以及浊度计现场测量记录海堤前的波高、潮高、流速和浊度值,与室内测定的浊度和水中悬浮颗粒物含量对应值比较,分析计算浊度与现场测量波高、潮高、流速水动力因素间的相关性,得出堤前泥沙起动的决定性水动力因素。在悬移质运移为主情况下,由于海堤的阻挡,波浪破碎产生的旋涡和紊动是泥沙起动的主要动力因素,泥沙起动量与波高值呈现较高相关性;海堤前复杂水动力条件中,波浪破碎前的流速值与悬移质泥沙起动量相关系数较小,启动流速的主要组成部分是破波产生的旋涡和紊动的流速。     

洪季伶仃洋水域径潮动力作用机制及演变探讨

为揭示洪季伶仃洋水域径潮动力作用规律,基于历年定点观测数据,采用主潮通量算法和线性回归法定量剥离了主动力因子对流速的贡献。结果显示,该水域潮周期平均流速与潮差、径流量及其他动力因子相关性很好。潮周期平均流速始终与潮汐动力正相关,但其贡献近年有明显减弱。径流作用以往以随潮运动为主,削弱了潮流流速;近年其贡献变为涨潮期为负、落潮期为正。其他动力因子主要是垂向盐度斜压梯度力及季风等,在主槽水域其贡献涨潮期为正、落潮期为负,变化不大;但西滩水域“潮汐捕集”和储能机制对潮流流速影响作用被削弱。因此,伶仃洋河口湾较以往呈更多河道型水流动力特征,与近年伶仃洋水域围垦及水深增大等朝窄深形态发展密切相关。     

渤海湾南港工业区港池航道回淤研究

天津南港工业区位于渤海湾典型的淤泥质海岸,其港区为环抱式有掩护的平面布局,规划建设10万吨级航道。为准确预测港池航道的泥沙回淤状况,采用双向嵌套网格建立波浪潮流共同作用下的泥沙运动数学模型,考虑波浪辐射应力作用,以及波浪引起的紊动和波浪增强海床底部切应力对悬沙输移的影响。模型选取现场实测大潮作为代表潮,以工程海域附近测波资料的能量加权平均结果作为代表波,对邻近的天津港15万吨级航道年均回淤进行了验证,确定数学模型中相关泥沙运动与底床冲淤的计算参数。在此基础上,数学模型预测了南港工业区规划的港池航道总的年均回淤量,与天津港主航道资料类比,计算的南港工业区港区10万吨级航道泥沙回淤分布与淤积总量是合理的。     

清水沟北汊流路入海泥沙对东营港影响的数值分析

本文用平面二维潮流泥沙数学模型,模拟了清水沟流路北汊入海口海域的潮流泥沙扩散和河口淤积延伸方向等问题。在此基础上从流速场分布,泥沙扩散浓度分布及淤积厚度零米线的范围及河口淤积延伸方向等方面探讨了入海泥沙对东营港的影响。结论认为如果按此口门入海,入海泥沙不会对黄河海港产生直接淤积影响。