强潮河口海塘基础防冲设计研讨

钱塘江河口是举世闻名的强潮河口,水动力强,有涌潮作用,河床滩地冲淤剧烈,因此给海塘基础防冲工程设计和施工造成较大难度,并成为长期来有待攻克的技术难题。本文就近期海塘建设防冲试验工程采用的板桩防冲墙、小沉井防冲墙、土工布模袋砼和丁坝群等防冲技术措施及其运行情况进行分析讨论。     

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。     

强潮河口水下地形测量潮位控制研究

钱塘江河口属于强潮河口,具有潮差大、流急、地形复杂和局地潮汐变化大等特点,对潮位控制设计与实施造成较大困难。为解决钱塘江河口水下地形测量潮位控制难题,针对强潮河口的水下地形和潮汐特征进行分析,提出了该区域潮位控制的潮位站布设方案与作业时间要求。实测数据表明,只要合理布设潮位站、选择合适的时间段作业,强潮河口水下地形测量的潮位控制可以达到规范精度要求。     

山溪性可冲性强潮河口曹娥江潮汐特征

曹娥江径流具有浙闽山溪性强潮河口的若干径流特征 ,径流年际、年内变幅较大 ,洪水暴涨暴落 ,洪枯比极大。曹娥江河口具有钱塘江河口基本特性外 ,还明显受到江道地形冲淤变化的影响 ,潮汐年际、年内变化较大 (即可冲性特点 )。而江道地形又与上游径流大小、曹娥江口门外主槽出口方向、钱塘江尖山河湾主槽走向和外海潮汐强弱等因素有关。治江围涂使曹娥江河口的高、低潮位抬高 ,涨潮历时缩短、落潮历时延长 ,潮波进一步变形。     

强潮河口围海工程对水动力环境的影响

针对强潮河口边界地形复杂、岛屿众多、悬沙分布在口门以上、河段存在高含沙量浑浊带以及底沙级配分布宽的特点,给出了贴体正交曲线坐标系下非均匀悬沙、底沙数学模型的基本方程、初始条件、边界条件及动边界处理技术,对计算中经常遇到的几个关键问题提出了解决方法。计算的18个潮位站潮位过程与原型吻合良好,8个断面的46条垂线同步流速、流向过程计算值与实测值吻合较好。在此基础上,探讨了多连通域复杂边界条件下非均匀不平衡悬沙与底沙的长时期的底床变形模拟问题。以瓯江口温州浅滩围海工程为例,应用二维潮流泥沙数学模型,研究了强潮河口围海工程对水动力环境的影响问题,包括该工程引起的潮量变化、各水道流速变化及长时期的底床变形。     

基于无结构网格有限体积法的风暴潮数值预报模式

基于无结构三角单元网格和有限体积法,建立了一个高精度高分辨率的风暴潮二维数值预报模式。该模式采用对岸线有较强拟合能力的无结构网格对求解区域进行离散,采用藤田公式和宫崎正卫风场模式模拟气压场和风场。由于台风暴潮在近岸地区受底部地形的影响,可能引起非线性较强的波动,从而产生陡度大的波面,因此模式中利用Roe的通量函数给出守恒方程的无粘性通量。针对复杂的海底地形,对模式专门进行了通量梯度项与源项的平衡。应用此模型模拟和预报珠江口地区的风暴潮增水,取得了较满意的结果。     

无结构网格二维河口海岸水动力数值模式的建立及其应用

为完全拟合河口近海复杂岸线和工程结构以及有效局部加密,设计并建立了一个无结构三角形网格二维河口海岸水动力数值模式。空间离散主要基于有限体积法以保证守恒性,时间积分采用预估修正法以提高精度。水位在三角形网格中心通过连续方程求解;水平x方向和y方向的流速U和V均在网格边中点上通过动量方程求解。流速平流项的求解中采用了TVD格式。TVD流速平流通量为一个一阶迎风格式通量和一个二阶格式通量的组合,一阶格式通量和二阶格式通量根据流速的局部分布情况得出配比,最终组合得到TVD通量。TVD格式具有低耗散和无频散的优点,提高了模式的稳定性。应用实测资料验证建立的模式,结果显示水位、流速和流向的计算值与实测值均符合良好。     

二维非结构三角网格节点的动力配置法

用Delaunay三角化法构造网格,需要事先配置好节点.文中给出1种新的节点配置方法,即动力配置法.其主要思路是设网格尺度函数已配置,根据尺度函数计算出所需的单元数和节点数.把这些节点随机配置在计算域内,节点之间存在斥力,力的大小与当地的尺度函数正相关.节点在力的作用下运动,达到平衡时节点从局部看是均匀的,从整体上依尺度函数分布.最后用Delaunay三角化法构造网格并适当修改.试验结果表明,该方法形成的网格从单元形状和尺度,对边界的拟合3个方面都能达到较高的质量.     

三维正交非结构网格数值模型中物理流场的定义方法与改进

使用Casulli等(2000)的数值方法建立了基于正交非结构网格的U型渠道的三维近岸正压水动力数值模型,检验了模型使用ELM(Eulerian-Lagrangian Method)方法处理平流项时,物理流场的定义对模拟结果的作用。数值试验和结果分析说明,使用ELM方法计算平流项所需的物理流场对计算结果影响明显,而目前常用的两种物理流场定义方法都存在一定不足——水位计算值对流速变化的反映不灵敏或者会产生小扰动等。针对常用物理流场定义方法的不足之处,作者在Casulli方法的基础上利用对多边形切向流速分量进行平均的方法改进了物理流场定义,抑制了小扰动。     

上海黄浦江及沿海高分辨率非结构网格风暴潮数值模型

为提高复杂区域内风暴潮的预测能力,以上海黄浦江、长江口和沿岸近海为研究对象,构建了基于浅水方程的风暴潮模型。模型运用HLLC格式计算通量,具有高空间分辨率,能够模拟风暴潮、天文潮、洪水等多重因素作用下潮水位过程变化。它采用了非结构的四边形和三角形混合网格,适合应用于跨尺度河渠和河口等区域潮汐交互作用的分析模拟。为了验证模型,开展了0012号派比安台风和0509号麦莎台风影响下的潮汐变化过程计算。结果表明,该模型能够分析天文潮和台风组合作用下的潮水位变化,能够满足风暴潮预报要求。     

基于Delft 3D模型的感潮河口示踪模拟

为研究感潮河口的水力特征及溶质扩散规律,通过布放仪器监测水文参数,分析研究区的水力特征;采用荧光染色剂罗丹明B作为示踪剂开展现场示踪实验,研究示踪剂的扩散规律;基于Delft 3D模型的水动力模块与示踪模块相耦合,对研究区的动力场和示踪结果进行模拟,获取了小清河口的水平湍流扩散系数。结果表明:调查期间(非汛期)小清河口的水力条件主要受潮汐控制,潮汐对河口下游的作用更明显。由于河流径流量较小,在潮汐作用下,示踪剂从小清河口向海传输的速度较慢,导致示踪剂在河口长时间滞留。相关性分析(R²)和均方根误差(RMSE)结果表明示踪剂迁移模拟结果的可靠性高。基于本研究得到小清河口的水平湍流扩散系数(D_ξ,η)为6t^0.12m²/s。本研究可为小清河口以及同类河口中水平湍流扩散系数的估值提供参考,对于评价污染物在同类河口中的传输行为具有指导意义。     

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。     

浙江沿岸和长江口区潮流能源及其开发利用

本文根据《全国海洋能资源区划技术规定》的要求,首先对浙江及长江口区沿岸潮流流速在2.5kn以上的港湾、水道进行了潮流能资源调查研究,并在查明该区潮流能资源蕴藏量及分布的基础上,为潮流能的开发利用提供了科学依据。此外,本文对潮流能资源开发利用的现状及今后开发研究问题提出了一些看法和建议。     

灌河口潮汐不对称数值模拟研究

建立灌河口平面二维潮流数字模型,并在灌河口口门至陈家港河段沿程布置5个采样点和3个横向断面,通过对各采样点一个月数值模拟结果进行调和分析,得出灌河口M2分潮及其主要倍潮的基本特征,然后利用潮位-流速关系图及通过对动量方程中各项的统计计算,研究了灌河口潮波运动的基本动力平衡、M2的主要倍潮的产生机制及其对潮汐不对称现象的影响。研究认为:灌河口潮汐潮流均属正规半日潮型。M4、M6分潮对于灌河口潮波变形有着重要的影响,M8分潮除在浅滩处外对潮汐不对称的影响很小。在深槽处M4分潮导致最大落(涨)潮流速减小(增大),最大涨(落)潮流速与最高(低)潮位之间的相位差增大。M6分潮的影响与M4基本一致,但其作用明显小于M4分潮。在浅滩处M4分潮导致最大涨落潮流速均大于M2分潮的值,M6和M8分潮使最大涨落潮流速均出现在高潮位附近,但M6、M8使最大涨潮流速减小,而使最大落潮流速增大。外海边界处倍潮波的传入对于口门附近的潮汐不对称有一定影响。M4和M6分潮导致灌河口的潮汐不对称表现为涨潮主导型,潮波运动主要受到压强梯度力、非线性对流和底摩擦力,三者与局地惯性力构成灌河口的基本动力平衡,摩擦力并不是最重要的作用力。     

潮汐河口支流建闸闸下淤积研究

潮汐河口建闸的关键问题是闸下淤积。在潮汐河口支流口门上建闸,其闸下淤积面貌主要取决于干流主槽的位置,这与在潮汐河口干流上建闸的闸下淤积问题有着本质上的差异。以钱塘江河口支流曹娥江口门建闸为例,应用河床演变分析、动床实体模型和现场冲淤试验预测了曹娥江大闸闸下淤积面貌和淤积速率,为曹娥江大闸的建设提供了科学依据。     

Distribution pattern of zooplankton in the han river estuary with respect to tidal cycle

The monthly distribution of zooplankton communities in Han River estuary was investigated at two stations from July 1998 to June 1999. Monthly mean abundance of total zooplankton varied remarkably, with the range from 20 indiv.·m^-3 to 19,600 indiv.·m^-3. During the study period, dominant species of zooplankton community were dinoflagellateNoctiluca scintillans, copepodsParacalanus indicus, Paracaanus crassirostris, Acartia hongi, Acartia ohtsukai, and meroplanton cirriped larvae. According to tidal states, relative high abundance occurred at high tide without regard to season. The temporal distribution of abundance implied that the reduced salinity probably limited the zooplankton populations and the fluctuations of salinity were an important factor in the variation of abundance. However, the results of salinity tolerance test shows that the variations in salinity do not directly influence the decrease of abundance. This study shows that the relatively high abundance of zooplankton near high tide seems to be related with the expansion of abundant zooplankton inhabiting Incheon coastal waters through tidal currents.     

Three-dimensional tidal current numerical model of the Oujiang Estuary

The characteristics of three-dimensional (3-D) tidal current in the Oujiang Estuary are investigated according to in situ observations. The Oujiang Estuary has features of irregular coastline, complex topography, many islands, moveable boundary, and submerged dyke, therefore, a 3-D numerical model on an unstructured triangular grid has been developed. The σ coordinate transformation, the moveable boundary and submerged dyke treatment techniques were employed in the model so it is suitable for the tidal simu...