潮流、波浪综合作用下河口二维悬沙数学模型

本文根据河口水流动力特性和泥沙变化规律，把波浪运动概化为具有时均意义的波浪流分布场，将“波流幅射应力”、“波流摩阻力”以及“波流挟沙力”三个要素归纳到水流运动方程和悬沙输送方程中去，构成潮流、波浪综合作用下河口二维悬沙数学模型计算系统。通过对珠江口黄茅海悬沙冲淤过程的实际算例，表明该系统模拟河口悬沙在潮流和波浪综合作用下的分布特性和冲淤趋势方面，具有良好的应用前景。     

潮流作用下河口悬沙运动二维数学模型

对于粉沙淤泥质河口和第底泥沙受潮流作用主要以悬沙形式输运。在这样的海区建港与疏浚航道,需要首先先进泥沙淤积问题的研究,本文采用潮流作用下不平衡方程式,挟沙能力公式和起动流速公式,建立了潮流作用下河口悬沙运动二维数学模型,一维悬沙不平衡输沙方程和海底变 方程进行离散时直接采用显式迎风格式,得到了较好的结果。     

鸭绿江河口地区沉积物特征及悬沙输送

根据鸭绿江河口区4个站位的潮周期测量数据和3个柱状样的粒度数据，对悬沙的输送规律以及口门地区最大浑浊带的形成机制、悬沙输送方向以及物质来源和动力条件进行了分析。计算分析表明，鸭绿江是一条落潮流占优势的河流，平均流作用、斯托克斯漂移效应以及水深与悬沙浓度的潮变化引起的悬沙输送是其河口区最主要的悬沙输送机制。3个柱状样粒度参数自东向西的变化反映了鸭绿江辽口西侧沿岸地区动力条件和沉积环境的变化：沉积物的平均粒径变小，分选变差，并且更正偏，物源的多元化特征逐渐增强。物源和河口区沿岸沉积动力环境的差异以及潮相的周期变化使3个柱状样中的环境敏感粒度组分对应着不同的粒径分布区间。     

鸭绿江西水道口悬沙动力特征

根据鸭绿江西水道口外两个站位大小潮实测悬沙数据,结合表层沉积物特征及潮流动力分析结果,从悬沙浓度、悬沙输沙量和悬沙粒级3个方面,分析了悬浮泥沙浓度大小潮时空变化特征及其与潮汐、潮流动力因素的关系,净输沙量特征及输沙方向、悬沙各粒级百分含量与涨落潮及泥沙沉积物之间的关系等内容。计算分析表明:影响悬沙动力特征的主要因素为空间位置、动力强弱及泥沙源;1#站位细粒沉积物丰富,潮流及输沙受口门地形控制,2#站位地形平坦,沉积物颗粒粗,泥沙源来自异地;悬沙浓度受潮流、潮汐动力影响呈规律性变化,输沙量受潮流动力、泥沙来源双重影响;两个站位悬沙粒级百分含量随涨落潮的峰值变化及与流速、流向、潮位的对应关系的不同,有效的指示了沉积物空间分布特征,反映了外部环境对悬沙的作用过程。     

河口海岸二维悬沙数学模型挟沙力公式修正及应用

在河口海岸二维悬沙数学模型中,半潮或全潮平均的潮流挟沙能力并不能完全反映其逐时的实际情况,为此进行了分析研究。研究结果表明:1)应用半潮或全潮平均的潮流挟沙力公式进行悬沙数值模拟时,应引入一个修正系数;2)该修正系数与公式中的指数成反比,与相对水深成正比,且与相位角也存在一定联系;3)该修正系数理论正确、实用方便、验证成果良好,实例计算表明能够较好地复演天然悬沙场分布。     

双台子河口区悬沙分布和运移特征

利用海流与悬沙含量实测资料相结合的方法,对双台子河口悬沙运动进行分析。结果表明本区含沙量与波浪、潮流等水动力关系密切,双台子河悬浮泥沙中的细颗粒物质经落潮流搬运至较深水域的潮道和浅海进行沉积,泥沙入海沉积后,接受海洋水动力作用的改造,部分细颗粒物质在水动力作用下会再次起动、运移。悬浮泥沙中的细颗粒物质主要有两个来源：一是波浪、潮流输运而来的大辽河、大凌河等河流物质,二是波浪、潮流对周边海域沉积物质的搬运。1990--2002年研究区整体处于淤积状态,淤积物主要为粒径在2～4Φ的粗颗粒物质,这些物质主要来自于波浪、潮流对河口潮滩的侵蚀、冲刷。     

海岸河口泥沙数学模型研究进展

对海岸河口泥沙运动的基本方程、数值方法、边界条件、参数选取等进行了归纳总结和评述,以期对本学科的发展起到一定的引导和促进作用。     

河控型河口盐度层化对悬沙的捕集机制

河控型河口盐度混合和层化是控制悬沙输移扩散的重要动力机制。以珠江磨刀门河口为研究对象,基于2017年洪季三船同步大、小潮水文泥沙观测数据,分析河控型河口水体盐度层化结构的时空变化对悬沙分布的影响机制。结果表明:受径潮动力耦合时空变化影响,河口盐度垂向分布表现出时空差异,即受径流主导的M1站(挂锭角),河口盐度在涨落潮周期内垂向混合均匀,受径潮控制的M2站(口门)在整个潮周期内盐度层化结构明显,口门外侧的M3站,潮动力作用较强,盐度垂向分布随涨落潮变化而变化;悬沙空间分布与盐度分布关系密切,盐度混合均匀利于悬沙垂向均匀分布,而盐度层化则使悬沙倾向于滞留在底层水体中,且在盐度层结界面之下出现高悬沙浓度,悬沙浓度垂向分布曲线呈L字型或抛线型,纵向上表现为高浓度悬沙团抑制在盐水楔前端,盐度层化对悬沙的捕集效应明显。通过对比水体标准化分层系数与水流垂向扩散强度系数发现,两者呈现负相关关系,即标准化分层系数愈大,垂向扩散强度愈小,表明水体层化抑制悬沙垂向扩散强度,而且水体层化程度越高,悬沙垂向扩散抑制程度越大,进而促进了河口水体盐度层化对悬沙捕集作用。本研究有助于揭示河口细颗粒泥沙运动机制及河口拦门沙演变机制,并为磨刀门河口拦门沙治理提供科学依据。     

文登南部近岸海域悬沙输运特征

依据2015年5月悬浮泥沙实测资料,计算各站不同层位悬沙浓度,分析研究区海域的悬沙时空分布特征,利用小波变换分析悬沙浓度变化周期,结合余流场探讨了研究区的悬沙整体输运特征。结果表明,悬沙浓度由表层到底层依次增大;悬沙浓度变化的周期约为6 h,与正规半日潮流特征吻合较好;在长会口一带、张家埠新港防波堤及好当家渔港防波堤附近区域,悬沙净输运方向与落潮流方向一致;好当家渔港内部悬沙净输运方向与涨潮流方向一致;五垒岛湾与靖海湾呈顺时针环流输运,湾内部悬沙净输运方向与涨潮流方向一致,指向湾内。     

长江口外海域1998年夏季悬沙浓度特征

１９９８年６－８月长江流域经历了一次特大洪水,在洪水期间,以１０ｍｇＬ＾－１的悬沙浓度为标志,长江悬沙的影响范围可达１２３°Ｅ,在１２２°１５Ｅ附近,悬沙浓度显示出成层现象,底层浓度约为表层浓度的３倍,这一现象主要与物质沉积过程有关。在１２６°Ｅ－１２７°Ｗ之间悬沙浓度最低,代表黑潮水的特征。在调查期间,长江悬沙擅长 用的范围比冬季枯水季节有相当程度的扩大,但向ＮＥ方向扩散的趋势并不是明显。在陆架     

潮流作用下洋山港水域悬沙和底沙的交换

通过对泥沙起动流速、淤积流速和不淤流速的计算,划定了悬沙和底沙交换的各个时段,提出了冲刷悬沙浓度、淤积悬沙浓度和不淤悬沙浓度的概念及其计算方法;继而导出了潮流作用下悬沙和底沙在交换层面上单位面积的日交换量计算式,并用于洋山港水域的冲淤计算。结果表明:自然状况下洋山港水域北部年淤积量为37.5 kg/m2,淤高了1.77 cm/a,属微淤;中部年冲刷量为10.0 kg/m2左右,刷深不超过0.52 cm/a,可认为冲淤平衡;南部年冲刷量为55.5 kg/m2,刷深了2.60 cm/a,属微冲。这一结果与该水域海床的自然冲淤状况相吻合。     

长江河口最大浑浊带的悬沙输移特征

根据１９８８年洪、枯季在和长江口南、北槽进行的最大浑浊带专项水文观测的资料，对悬沙输移的分项因子进行研究。结果表明，长江口最大浑浊带的悬沙输移过程存在明显的潮泵效应及强烈的悬沙、底沙双向交换；长江口南、北槽之间存在一个大尺度的平面环向悬沙输移，同时南、北槽自身还有次一级尺度的槽内平面环向悬沙输移。本文还探讨了最大浑浊带与拦门浅滩相互影响、彼此制约的关系。     

闽江口入海悬沙输运的数值模拟

闽江河口位于福建省东部,本文利用欧拉-拉格朗日差分方法模拟闽江口及附近海域在不同径流下的潮流场,并建立拉格朗日水质点跟踪方法近似模拟了悬沙在海域中的迁移过程．水质点运动轨迹计算结果表明,闽江口悬沙在外海主要向南方或东南方输运,其轨迹呈现螺旋线．在洪峰流量下,悬沙运移距离较远．     

河控型河口盐度层化对悬沙的捕集机制以洪季磨刀门河口为例

河控型河口盐度混合和层化是控制悬沙输移扩散的重要动力机制。以珠江磨刀门河口为研究对象,基于2017年洪季三船同步大、小潮水文泥沙观测数据,分析河控型河口水体盐度层化结构的时空变化对悬沙分布的影响机制。结果表明：受径潮动力耦合时空变化影响,河口盐度垂向分布表现出时空差异,即受径流主导的M1站(挂锭角),河口盐度在涨落潮周期内垂向混合均匀,受径潮控制的M2站(口门)在整个潮周期内盐度层化结构明显,口门外侧的M3站,潮动力作用较强,盐度垂向分布随涨落潮变化而变化;悬沙空间分布与盐度分布关系密切,盐度混合均匀利于悬沙垂向均匀分布,而盐度层化则使悬沙倾向于滞留在底层水体中,且在盐度层结界面之下出现高悬沙浓度,悬沙浓度垂向分布曲线呈L字型或抛线型,纵向上表现为高浓度悬沙团抑制在盐水楔前端,盐度层化对悬沙的捕集效应明显。通过对比水体标准化分层系数与水流垂向扩散强度系数发现,两者呈现负相关关系,即标准化分层系数愈大,垂向扩散强度愈小,表明水体层化抑制悬沙垂向扩散强度,而且水体层化程度越高,悬沙垂向扩散抑制程度越大,进而促进了河口水体盐度层化对悬沙捕集作用。本研究有助于揭示河口细颗粒泥沙运动机制及河口拦门沙演变机制,并为磨刀门河口拦门沙治理提供科学依据。     

悬沙浓度分布对鸭绿江河口流速结构的影响

对鸭绿江河口1994和1996两年两个站位共4个潮周期的数据进行了分析,通过流速对数剖面公式计算了边界层参数,并对各个潮周期内的边界层参数的变化规律进行了分析,同时也对悬沙输送可能对垂向流速结构以及边界层参数造成的影响进行了探讨,分析结果表明,正是由于悬沙分布的影响,打破了原有的温度、盐度、水体密度在水层间的分布格局,改变了原有水体的纵向密度梯度,除少数时刻对应的水体Rf值减小之外,水体的Rf值被普遍提高,并且分层稳定。应用改造后的Von karmen-Prandtl流速对数分布剖面公式,重新对原先公式计算的边界层参数进行了修正,修正后结果表明,u*、C100和τ分别比通过原公式的计算值平均减少了21%、56%和36%,而由于水体悬沙则使τ比在没有悬沙存在的情况下的τ值平均减少了22%。     

长江口水域悬沙含量时空变化卫星遥感定量研究方法探讨

悬沙含量是反映细颗粒物质在水层中的输运和再悬浮过程的重要指标,对沉积环境和沉积过程的研究有着非常重要的作用,是联系动力作用和地貌演变的纽带[1].细颗粒物质是营养盐、有机物和重金属输送的载体,因此研究细颗粒物质的运移对河口和海洋环境及生态的影响有着重要的意义[2].由于河口地区同时受到河流径流和潮流的影响,径流的水沙输运、潮流和波浪等的动力都对悬浮泥沙含量有影响.河口地区悬沙含量既可以指示沉积物来源、输运量的变化,又可以显示沉积动力作用的变化,这两种影响因素的时间尺度不同,但它们会共同影响悬沙含量的大小和分布.在我国长江等大河每年的水沙输运量十分巨大.     

用ADCP进行走航式悬沙浓度测量的初步研究

用ＤＲ３００型宽幅ＡＤＣＰ在胶洲湾口站进行了走航工断面观测。观测期间悬沙浓度小于４０ｍｇ／Ｌ,悬沙粒度分布曲线具有双峰特征,调查船航速为２￣３ｍ／ｓ。用水样过滤法率定相应的ＡＤＣＰ声学信号,获得池计算悬沙浓度的半经验公式及悬沙浓度剖面分布数据,分析结果即使在悬沙浓度较低,悬沙分选性较差,船速较高等不利于ＡＤＣＰ观测的现场条件下,测量误差与光透式浊度计的误差相当。因此,在走航状态和低悬沙浓度条件下     

窄缝法在河口区悬沙输运数值计算中的应用

窄缝法作为动边界问题的一种处理方法，已被用于潮流及污染物扩散的数值模拟中，并取得了较好的效果，本文将窄缝法应用于悬沙输运数值计算中，推导出了考虑窄缝时的泥沙输运方程，建立了一种具有动边界功能的泥沙输运模型，计算结果与实测值吻合较好，表明该模型在模拟河口区悬沙输运方面是正确可行的。     

长江河口悬沙与盐分输运机制分析

2004年9月15~22日在长江口南支口门区域进行了水位、流速、悬沙浓度、盐度的全潮观测,基于这些现场数据,分析河口区域流速结构、悬沙浓度与盐度的时空分布特征;利用机制分解法研究河口悬沙、盐分的通量和输运机制,并探讨它们与水体垂向结构之间的关系。主要结论如下:长江河口区的悬沙浓度存在显著的时空变化特征,从口内向口外,悬沙浓度呈显著减小趋势,大潮期间的悬沙浓度较大,是小潮期间的数倍。通量机制分析结果表明,长江河口区以欧拉余流为主,向海输运,并有向海方向逐渐减小的趋势,斯托克斯余流向陆输运,在大、小潮期间有显著差异。盐分输运机制中,以欧拉余流占主导地位,潮泵效应、垂向重力环流、垂向剪切扩散作用的贡献次之。长江河口悬沙净输运率在向海方向逐渐减小,大潮期间的悬沙净输运率比小潮期间的大1~2个数量级,水动力条件是造成长江河口悬沙净输运时空差异的主要因素。悬沙输运机制小潮期间以欧拉余流占主导地位,在大潮期间则以与紊流相关的垂向剪切扩散作用取代欧拉余流占据主导地位。悬沙瞬时输运机制中的剪切扩散项在中下层水体的理查德森数(Ri)小于0.25时才有较大的量值,在南槽内,当底层水体的理查德森数(Ri)处于-0.1相似文献   

长江分汊河口涨、落潮悬沙不对称特征及季节性差异

入海河口由于径流的存在以及河口地貌形态的影响,存在涨、落潮水动力、悬沙以及盐度分布等不对称现象,同时这一不对称现象还存在显著的区域性和季节性差异。根据2013年7月和2014年1月洪、枯季长江口定点准同步水文泥沙调查结果,发现长江口分汊型河槽悬沙浓度在时间上存在洪枯季、大小潮不对称特征,在空间上存在东西向沿程分布、南北向横向分布以及垂向上表底层分布不对称特征。河势演变形成南、北支河口涨、落潮悬沙浓度不对称分布的整体格局;洪、枯季变化影响河口涨、落潮悬沙分布的再分配过程;大潮涨、落潮过程对悬沙分布不对称影响显著大于小潮;季节性风浪作用影响河口最大浑浊带涨、落潮悬沙不对称南北差异;底部高含沙浓度对口门段涨、落潮悬沙不对称性贡献显著。