台风对钱塘江涌潮影响研究

钱塘江年最大涌潮几乎都发生在台风期间。基于实测潮汐资料,结合天文潮调和分析,研究台风对钱塘江河口涌潮起潮点下游河段潮汐的影响,探讨因潮汐变化间接引起的钱塘江涌潮变化。结果表明:台风引起低潮位、潮差、潮到时间、涨潮历时等变化,间接影响涌潮,造成涌潮高度、陡度、传播速度、到达时间和涌潮流速等变化。总体而言,台风期间盐官涌潮高度平均增大0.18 m,到达时间平均提早37 min;澉浦至盐官段涌潮传播速度平均增大8.9%,陡度变陡,流速有增有减,但单宽流量增大。     

强潮河口桥墩涌潮压力试验研究

为明确强潮河口设计条件下涌潮压力特征,以嘉绍大桥工程为背景进行了涌潮压力的动态测试和分析。选取主墩围堰和施工栈桥进行现场观测,分析了涌潮压力分布及其变化的特点。利用经验模态分解法,研究了涌潮压力的时均和脉动特性,建立了涌潮压力及其脉动分量极值与涌潮高度的拟合关系。研究结果表明:涌潮压力变化脉动性强,经验模态分解法能较好地处理这种非平稳时变信号;时均分量反映了局部水位的平均变化趋势,脉动分量反映了涌潮与结构物相互作用时自由水面的紊动情况;从垂向分布上看,压力极值在潮前低水位附近最大,并随着传感器安装高程的增加而减小;从平面分布上看,主墩围堰的迎潮面压力极值最大,背潮面最小;涌潮压力及其脉动分量的极值与涌潮高度满足指数分布规律。     

涌潮沉积揭示长江河口湾全新世最高海面

海面变化对沿海地区的自然环境和社会经济有着重要影响,了解过去海面变化规律可以为预测未来海面上升情景提供参考依据。以长江古河口湾湾顶附近的扬州市昌建广场建筑工地所揭示的自然沉积剖面（CJGC剖面）为研究对象,通过详细调研,在剖面下部发现了保存有海相贝壳的涌潮沉积,为研究全新世最高海面和最大海侵提供了绝佳的地质材料。通过系统的沉积相与光释光（OSL）年代学研究,重建了古河口湾中全新世以来沉积环境的变化过程。结果表明,该地点中全新世以来经历了从陆相→潮滩→河口沙坝→河漫滩的沉积环境变迁,清晰显示了由海侵到海退的变化过程。OSL测年数据表明长江河口全新世最高海面和河口湾湾顶最大海侵出现的年代约为5.6 ka,当时对应的海面高度不低于海拔1.3 m,这一时期的高海面在世界多地均有记录。     

钱塘江涌潮对地形变化的响应研究

钱塘江涌潮以汹涌磅礴闻名中外,并对沿江防灾减灾带来巨大挑战,研究涌潮规律具有重要的学术价值和现实意义。采用涌潮数学模型研究钱塘江涌潮在地形变化下潮汐和涌潮特征的变化。结果表明,地形变化对潮汐和涌潮影响显著;随着地形的降低,钱塘江沿程低潮位下降,高潮位总体呈下降趋势,潮差增大,涨潮历时增加;涌潮高度和涌潮最大流速随相对Froude数呈先增后减规律,起潮点上移,涌潮传播速度增大;当地形降低到临界值后,相对Froude数小于1,涌潮消失。研究结论解释了钱塘江丰水地形涌潮大、枯水地形涌潮小的现象。为保护涌潮资源,维持适当的江道容积是必要的。     

钱塘江涌潮二维数值模拟

采用基于准确Riemann解的Godunov格式,求解包括底坡项的二维浅水流动方程,应用WLF(water level-bottom topogra-phy formulation)方法求解Riemann解。经实测涌潮资料验证,较好地模拟了钱塘江涌潮的发生、发展及其衰减的过程,复演了涌潮的相交、反射和一线潮等现象,对钱塘江涌潮宏观规律的认识有所加深。     

Undular tidal bore dynamics in the Daly Estuary, Northern Australia

Measurements in the macro-tidal Daly Estuary show that the presence of an undular tidal bore contributed negligibly to the dissipation of tidal energy. No recirculation bubble was observed between a trough and the following wave crest in the lee waves following the undular bore. This differs to stationary undular bores in laboratory experiments at larger Froude numbers where a recirculation bubble exists. Secondary motions and the turbulence generated by the undular bore had no measurable influence on the sediment transport. This situation contrasts with the intense sediment resuspension observed in breaking tidal bores. The tidally averaged sediment budget in the Daly Estuary was controlled by the asymmetry of tidal currents. The undular bore may widen the river by breaking along the banks that it undercuts, leading to bank slippage. A patch of river-wide macro-turbulence of 3-min duration occurred about 20 min after the passage of the bore during accelerating tidal currents.     

基于FVCOM模式钱塘江河口涌潮三维数值模拟研究

应用FVCOM模型进行钱塘江涌潮的二维和三维数值模拟,并使用2007年10月大潮期间的现场观测结果进行模型验证。结果表明,平面二维模拟结果与实测值吻合较好,与基于Godunov算法求解钱塘江涌潮二维特征的结果基本一致。三维计算结果再现了流速在垂向上的差异,以及在落潮转向涨潮时刻,涨潮先从底部开始,垂向上从底层向表层逐步从落潮流转为涨潮流。敏感性分析显示模型网格大小和曼宁系数的选取对模拟结果有较大的影响。     

径流和风对涌潮影响的数值模拟

由于实际江道中地形和江道轮廓等复杂性,难以分析涌潮演变规律。以钱塘江河口为基础,建立了概化河口的水动力数学模型,将复杂问题简单化,通过数学模型计算分析了径流和风况对潮差、涨潮历时、涌潮高度和涌潮传播速度的影响。结果表明,不同河段存在涌潮高度最大值的相应临界流量,越往下游,临界径流量越大;涌潮高度随风向变化规律是"逆风"<"无风"<"顺风";顺风条件下,风速越大,涌潮高度越大。     

Distribution of bottom stress and tidal energy dissipation in a well-mixed estuary

Estimates of area-averaged tidal bottom stress are made for four channel segments of the Great Bay Estuary, N.H. Current and sealevel measurements are used to estimate acceleration and pressure gradient terms in the equation of motion, while the equation of motion itself is used to infer the remaining stress term. Dynamic terms, bottom stress values, friction coefficients and energy dissipation rates are estimated for each site. The analysis shows that while throughout the estuary the principal force balance is between the frictional stress and the pressure gradient forcing, RMS values of total bottom stress range from 2·67 to 10·38 Nm^?2 and friction coefficients vary from 0·015 to 0·054. Both stress and energy dissipation are largest in the seaward portion of the estuary with an order of magnitude decrease in dissipation at the most inland site.These distributions of stress and energy dissipation are consistent with cotidal charts of the principal semi-diurnal tidal constituent (M₂) which indicate that the estuary is composed of a highly dissipative more progressive tidal wave regime seaward and a less dissipative standing wave regime landward.     

钱塘江涌潮流速研究

涌潮流速是涌潮的重要特征,一直深受涌潮研究者的关注。21世纪以来,随着声学剖面流速仪的使用,涌潮流速观测有了突破性的进展。本文收集了2003年以来9次钱塘江涌潮流速观测资料,结合理论分析和数值模型计算成果,分析了影响涌潮流速的因素、涌潮流速时空分布规律。结果表明:影响涌潮流速的微观因素主要有涌潮高度和陡度、潮前流速和潮前水深、风速风向等;在涌潮河段,最大流速即为最大涌潮流速,与当地潮差呈良好的正相关关系;在弯道段,涌潮流速在弯道凸岸大于凹岸;涌潮到达后流速从落潮迅速转化为涨潮,没有明显的憇流现象,且涨潮流速过程存在多峰现象;涌潮垂向流速基本上比纵向流速小1个量级,在涌潮时段垂向流速相对较大。     

不同湍流模式下钱塘江涌潮水流三维模拟

钱塘江涌潮具有动力作用强和流速变化快等特点。涌潮水流紊动复杂,流速的垂向分布和紊动强度息息相关。通过涌潮水流实测资料的分析可以发现,涌潮作用下流速垂向分布在底部和上层存在差异。为研究涌潮作用下流速垂向分布的特征,应用基于非结构网格下有限体积法模型FVCOM对钱塘江涌潮河段水流运动进行三维数值模拟。考虑到涌潮紊动作用复杂且对流速的垂向分布起着重要影响,采用不同的湍流模式对涌潮传播过程中水流的运动特征开展研究。通过与涌潮河段实测资料的验证,复演涌潮到达前后水流运动特征,给出涌潮水流湍动能的变化过程。研究成果有助于深入认识涌潮水流紊动特征和流速的分布规律,为涌潮作用下物质输运的研究提供基础。     

钱塘江下游建桥对涌潮景观影响的研究

采用实测资料分析、潮浪水槽试验、定床模型试验以及已建桥梁对涌潮影响的现场观测等手段,研究了钱塘江下游尖山河段建桥对涌潮景观的影响。研究结果表明,钱塘江河口的喇叭形河湾和庞大的水下沙坎使潮波能量积聚、潮差增大,水深急剧变浅、潮波剧烈变形是形成钱塘江涌潮的主要原因。影响涌潮的主要因素是潮汐、江道地形和治江围涂工程,而建桥不会影响涌潮产生的条件,但由于桥墩的阻水作用,对桥上游500 m范围内的涌潮形态有所影响;当采用合理的桥台设计方案,即阻水面积较小时,对上游涌潮高度的影响仅3 cm左右,故不会影响涌潮的景观。     

钱塘江涌潮对杭州河段水资源的影响

采用钱塘江潮汐、上游径流与杭州河段江水咸度指标的多元相关方程,分析了钱塘江涌潮对杭州河段水资源的影响。结果表明:钱塘江涌潮对杭州河段江水咸度的影响在下游河段比在上游河段大;钱塘江涌潮强度越强,对杭州河段江水咸度的影响越大。     

基于文献计量法的涌潮研究动态分析

以中国知网(CNKI)和Web of Science核心合集数据库为数据源,采用文献计量学方法,借助CiteSpace可视化分析软件,对国内外研究涌潮的国家、机构、作者、载文期刊及关键词等进行分析.在CNKI共检索出433个研究机构的632名作者在239种刊物上发表的652篇文献(1964—2020年),"钱塘江河口"...     

堤线调整对九溪涌潮景观影响评价研究

因建设需要,拟对钱塘江九溪岸段堤线进行调整。九溪岸段是钱塘江知名的观潮点之一,涌潮是该河段一个重要的自然景观资源。为减小堤线调整对涌潮景观的影响,建立了基于有限元/有限体积法的SCHISM三维涌潮模型,复演了九溪涌潮现象,提出了观潮区的涌潮高度、涌高明显的岸线长度和涌高明显的区域面积等三个综合评价指标,对堤线调整给涌潮带来的影响做出了评价。该研究对其他工程对钱塘江涌潮景观的影响评价具有借鉴意义。     

Asymmetric tidal straining across an inlet: Lateral inversion and variability over a tidal cycle

Tidal straining is a phenomenon of temporal variations in stratification and mixing resulting from the interaction of a longitudinal salinity gradient with the vertical shear of the horizontal tidal velocity. As a result, the theory predicts stronger and weaker stratification during ebb/low tide and flood/high tide, respectively. In contrast to this well-known temporal asymmetry, in this study, we document in situ measurements demonstrating a lateral asymmetry and lateral inversion of tidal straining at Barataria Pass, a narrow (∼600 m wide) tidal inlet of Barataria Bay in southeastern Louisiana. During flood, the eastern side of the channel had strong stratification of 4 PSU salinity change over a 1.5 m thin layer while the western side had a 2 PSU change over a 12 m water column. This strong lateral difference decreased as flood continued until near the end of the flood when it reached vertically well-mixed condition across the channel. During ebb it was just the opposite such that the western side became stratified while the eastern end was well-mixed. This resulted to a small correlation coefficient of −0.05 for stratification between the west and east sides, although the central channel and east side have a high correlation coefficient of 0.88. The tidally averaged salinity was higher on the western end than the eastern end except in a narrow boundary layer close to the eastern shore. This is an apparent contradiction to what the Coriolis effect would produce in classical estuarine dynamics. Our hypothesis for the observed difference arises from the influence of the river water coming out of the Mississippi River through the Southwest Pass of the Birdfoot Delta. This water mass may have played a role in the observed, complicated lateral inversion of the tidal straining. This study underlines the complexity of estuarine dynamics proximal to large deltaic systems and we anticipate that these results will underscore the need for a modeling study to further investigate this dynamic process.     

波状涌潮在变化地形上的水动力研究

本文采用非静压单相流模型（NHWAVE）研究了波状涌潮在变化地形上的传播演变特性。通过设置合理的计算工况,系统分析了涌潮高度、潮前水深和斜坡坡度对波状涌潮水动力特性的影响。计算结果表明,涌潮高度和潮前水深对波状涌潮在变化地形上的水动力特性影响显著,不同的地形坡度对波状涌潮水动力特性影响较小。变化地形的存在可导致涌潮高度显著增大,引起沿程最大水位的剧烈变化,并且使涌潮传播速度降低。随涌潮高度的逐渐增加,斜坡前后潮差持续增大,同时表层速度与水深平均速度均呈现增大趋势。当增加潮前水深时,斜坡前后潮差减小,表层速度与水深平均速度单调递减。本文研究成果对于正确认识波状涌潮在变化地形上的传播演变规律有一定的参考意义,为波状涌潮河段涉水建筑物的工程设计及安全评估提供了科学依据。     

长江河口潮波时空特征再分析

长江河口的潮波传播受到近岸及河口浅水地形及长江径流的显著影响,表现出很强的时空变化特征。已有相关研究主要关注徐六泾以下的河口段,还缺少对河口系统的潮波特征分析。本文基于大通、南京、徐六泾和牛皮礁4站的年内连续潮位资料,分析了主要天文分潮和浅水分潮的振幅沿程变化、季节变化特征和规律,认识到洪季大径流对江阴以上的近口段潮汐衰减作用显著大于枯季,而河口段的平均潮差有一定的半年周期变化,年内秋季最大。口内高频浅水分潮振幅在河口下段最大,且洪季大于枯季,低频浅水分潮则在河口上游振幅最大,由此反应径流对潮汐改造的非线性作用。这些认识可为水道航运及相关河口研究提供基础认识。最后本文也指出关于长江河口潮汐特征尚需进一步研究的若干问题,以期下一步工作取得相应进展。     

FVCOM模型关键参数的处理及其在涌潮模拟中的应用

通过改进海床阻力系数和设置合适的垂向紊动背景系数,应用FVCOM模型成功再现了钱塘江河口强涌潮的演进过程。海床阻力系数采用Manning公式形式,取值随水深、地形在0.000 2~0.002 9之间变化;垂向紊动背景系数取1×10^-4 m²/s。模拟结果较好地复演了涌潮到达时刻、涌潮高度及涌潮抬升过程、涌潮水平流速以及其沿垂向分布规律,表明阻力系数及垂向紊动背景系数等关键参数的改进和处理是合理的,可应用于涌潮三维潮流运动特征模拟。