南汇东滩圈围工程对长江口河势影响的数值模拟分析

基于验证的MIKE21软件长江口二维潮流数值模型,计算和重点分析了南汇东滩促淤圈围工程对长江口南槽、北槽和横沙通道的影响。结果表明:南汇东滩促淤圈围工程束窄了南槽下段河道,较大幅度地减小了该段的潮流量;但南槽中段以下河段流速增加幅度较大,河槽将会刷深,河势将得到发展;江亚北槽将会得到发展,北槽中段泥沙淤积现象将会加剧;横沙通道涨落潮流量大幅减少,横沙通道涨落潮流量与南槽涨落潮流量存在非常高的相关性,这对横沙通道作为航道开发和利用会带来较为不利的影响。     

长江河口横沙东滩自然演变及工程影响

横沙东滩(含横沙浅滩)是长江河口主要浅滩之一,在浅滩两侧(北港和北槽主槽)水流控制下,受浅滩横比降形成的过滩水流和较强的风浪作用影响,滩面长期以来少有淤涨。通过对1995～2002年的地形资料(吴淞基面)进行研究分析表明:从总体上看随着北港主槽向南岸进逼,造成横沙东滩窜沟西部到白条子沙之间的滩区北沿明显内凹;随着长江口深水航道治理双导堤工程的实施,在北导堤产生的堵汊、导流和拦沙的作用下,白条子沙至横沙东滩沟滩面出现微淤;而横沙东滩窜沟以东滩面难以淤高。采用促淤工程和就近吹泥上滩方式,增加横沙东滩的滩面高程以加快造地,从而达到既疏浚航道又增加湿地面积的双赢效果。     

长江口横沙东滩近30年来自然演变及工程影响的GIS分析

利用长江口深水航道治理一、二期工程实施前后的地形资料,在GIS软件及相关的统计分析软件的支持下,分析了治理工程对横沙东滩冲淤演变的影响。结果表明:横沙东滩在长期的自然演变过程中滩地面积相对稳定,但20世纪90年代中期以来,由于长江来沙量减少,滩地面积出现减小的趋势;深水航道北导堤工程(1998—2000年5月)使横沙东滩的冲淤形势发生了较大的变化:横沙东滩窜沟扭曲、萎缩,白条子沙及其以东浅水区域淤积加剧;促淤工程实施后,形成了一个有利泥沙沉积的环境,过境泥沙的大量淤积及人工吹泥上滩使得横沙东滩淤长速度显著加快。     

远区台风“三巴”对长江口波浪动力场的作用机制

针对远区台风对河口波浪动力场的影响问题,利用第三代波浪模式SWAN计算了远区台风"三巴"期间长江口波浪动力场分布,分析了陆架至河口区的波浪能量耗散和波致泥沙侵蚀的时空分布,发现波浪由外海向近岸传播过程中,波-波相互作用导致能量由高频向低频转换,周期和波长逐渐增大,近底层轨道流速增大,能量密度增高;阐明白帽破碎是维持深水区波浪能量平衡和限制波高成长的主要机制,底摩擦耗能和水深诱导的破碎耗能是长江口横沙东滩和崇明东滩邻近海域波高衰减的主要原因;提出波浪产生的底部切应力与相对水深有关,当波浪传播到浅水区时,波长和周期越大,波浪切应力越大。研究揭示了与河口相距数百公里的远区台风能够对长江口波浪动力场产生明显影响,河口水下三角洲前缘是最容易受到波浪侵蚀的区域,研究成果弥补了目前关于陆架远区台风对河口波浪动力场影响研究的不足,对深化认识远区台风对长江口动力环境、地貌演变、航运安全和滩涂保护等有重要科学意义。     

海塘越浪量风险分析

根据现有规范公式计算的海塘越浪量存在一定程度的风险,它主要来自越浪量计算参数的不确定性。对影响海塘越浪量计算不确定性的3种主要因素进行了分析,在此基础上给出了用M on te C arlo方法进行海塘越浪量风险模拟的步骤。一个实例海塘的计算结果表明:按《浙江省海塘工程技术规定》(1999)公式计算的海塘越浪量存在很大的不确定性,海塘越浪量分布在0.044~0.069 m3/(s.m),大于最大允许海塘越浪量[0.05 m3/(s.m)]的概率为88.93%。因此,对重要海塘的越浪量进行物理模型试验验证是十分必要的。     

基于海图的崇明岛东滩近40年发育变化与趋势

根据长江口及附近、南港水道及附近、吕四港至花鸟山、横沙岛至浏河口、长江口北部、横沙岛至浏河口等区域1958—2001年的10幅海图资料,借助GIS技术平台,对崇明岛东滩所在区的海图进行地图资料处理,并依据前人研究成果与2002—2003年的实地观测资料,从断面、轴线、平面等不同角度提取近40年来崇明岛东滩的冲淤变化特征与发育可能趋势等信息。结果表明:(1)近40年来崇明岛东滩0m线约以150m/a的速度整体向外扩展,但不同部位差异较大,东北部淤积速度远大于东南部;在不同时段上,冲淤变化存在一定差异,大体以20世纪80年代末为界线,前期崇明岛东滩的淤积速度远远快于后期。(2)崇明岛东滩的发育中心轴线由东南向东北逐年偏移的倾向,角速度达到0.56°/a;(3)基于这一时段的淤积扩展分析,如果影响崇明岛东滩发育因素变化不大,据推算在118年后,崇明岛东滩将可能与顾园沙相接,206年后崇明岛东滩将会与苏北岸堤相接;但因三峡大坝的兴建以及其他高强度自然与人工因素的干扰,崇明岛东滩向北淤积的速度可能会大大减小。(4)究其原因,主要与上游来沙、高强度人类活动(围垦、护岸工程)等密切相关。     

直立式防波堤兼码头水工结构设计与试验研究

基于青岛崂山前海直立式防波堤兼码头工程的设计,通过规范计算值与断面物理模型试验数据的对比分析,合理确定断面尺度、堤顶高程和越浪量等重要设计参数。特别是通过多组试验的数据分析,对挡浪墙的外形尺度和护底宽度进行优化,采用通过增大护底块体重量的方式有效地减小护底长度,充分运用试验手段对于设计规范的护底相关规定做出了有益的探索和补充,为深水直立式防波堤的设计改进提供了借鉴。     

长江口横沙浅滩冲淤演变特征分析

横沙浅滩作为长江口前沿滩涂湿地的重要组成部分,是“上海市长远发展战略空间”的预留区,掌握其滩涂演变规律对该地区的资源保护及合理开发具有重要的参考价值。基于2005—2021年长江口实测水下地形数据,定量分析研究了横沙浅滩地形演变过程,及其对周边河口工程建设和水沙条件变化的响应。研究结果表明：横沙浅滩近年来整体呈现“长高长不大”的演化格局,中、东部区域明显淤高,沙体向海延伸与河口泥沙滞流点的向外海移动关系紧密。流域输沙量锐减是横沙浅滩滞涨的重要原因,滩面北沿和深水航道北侧冲刷明显,造成N23堤顶冲坑的扩大与滩面潮水沟的贯通。深水航道工程与横沙东滩促淤圈围工程的建设是潮水沟与N23堤顶冲坑迅速发育的主要原因。     

GIS支持下的长江口拦门沙泥沙冲淤定量计算

依据1842～1997年10幅不同年代的长江口海图资料,利用地理信息系统和数字化仪进行处理,建立不同时期的长江口水下数字高程模型,以此作为基础资料,实现了从横剖面、深泓线纵剖面、平面变化等不同角度对长江口拦门沙地区滩槽演变、岸线侵蚀、沙岛形成与变迁等进行研究.通过计算河槽容积,实现了对不同时段泥沙冲淤量的计算.结果表明,155a来拦门沙总的趋势是不断淤积,但不同时期淤积速度大不一样,个别时期甚至会发生一定程度的冲刷,这主要与动力条件的波动有关.1842～1997年,共淤积泥沙38.10亿t,平均每年淤积0.246亿t,约占长江来沙的5%,年均淤厚为1.1cm泥沙淤积部位主要在九段沙、横沙及横沙东滩、崇明东滩三处.发生冲刷的范围较小,仅占总面积的21.4%,主要在北槽,北港上段和南槽局部也有轻微的冲刷发生.     

斜向和多向不规则波在斜坡堤上的平均越浪量的试验研究

通过三维物理模型试验研究了在斜坡堤上斜向和多向不规则波在非破碎条件下的平均越浪量与波浪参数及堤参数的关系.着重考察了波浪以小角度(0°~30°)斜向入射时平均越浪量的变化情况,肯定了多向波的越浪量在这一范围内有所谓“小角度斜向增加”的现象,但否定了单向波也具有这一现象.在考察波浪的方向分布影响时发现波浪斜向入射时多向波的越浪量往往要比单向波的大.比较了已有的相关研究成果,给出了适用于混凝土护面和扭工字块体护面斜坡堤上斜向和多向不规则波的平均越浪量的估算公式.     

长江口北槽南导堤越堤输沙运动的时空变化特征研究

通过现场观测对长江口北槽南导堤越堤输沙运动的时空变化特征进行的研究表明:(1)南导堤沿程各测点各涨落潮过程单宽越堤净输沙量存在良好的线性相关关系;(2)S4—S7和S2—S3区段越堤输沙强度大,是主要输沙通道;(3)南导堤年平均越堤净输沙量约为296.6 Mt,其中洪季、枯季分别占年均越堤净输沙量的62.24％和37.76％.     

长江口附近海域台风浪的数值模拟--以鹿沙台风和森拉克台风为例

利用SWAN波浪模型计算长江口附近海域的台风浪,鉴于长江河口岸界和地形复杂,拟采用曲线网格.为证实曲线网格下的SWAN模型对于复杂地形的有效性,首先选用美国特拉华大学波浪水池实验资料对SWAN模型进行检验,结果表明利用曲线网格能不过多增加计算量而提高关键区域的计算精度.以0215号鹿沙台风和0216号森拉克台风为例,将SWAN模型应用到长江口附近海域,进行台风浪的数值模拟.通过浮标测站实测资料验证,表明有效波高计算值与实测值符合良好.通过综合分析模型计算的波浪场,说明SWAN模型能合理地反映长江口附近海域台风浪的分布.     

Predictions on Irregular Wave run-up and Overtopping

A series of hydraulic model tests are carried out to investigate random wave run-up and overtopping on smooth, impermeable single slope and composite slope. Based on analysis of the influences of wave steepness, structure slope, incident wave angle, width of the berm and water depth on the berm and the wave run-up, empirical formulas for wave run-up on dike are proposed. Moreover, empirical formula on estimating the wave run-up on composite slope with multiple berms is presented for practical application of complex dike cross-section. The present study shows that the influence factors for wave overtopping are almost the same as those for wave run-up and the trend of the wave overtopping variation with main influence parameters is also similar to that for wave run-up. The trend of the wave overtopping discharge variations can be well described by two main factors, i.e. the wave run-up and the crest freeboard of the structure. A new prediction method for wave overtopping discharge is proposed for random waves. The proposed prediction formulas are applied to case study of over forty cases and the results show that the prediction methods are good enough for practical design purposes.     

水文气象条件变化对长江口盐水入侵影响研究

分析论述了长江口盐水入侵的研究现状、影响因素、入侵变化规律及时空分布特征,将三维数值模式EFDC应用于长江口及其邻近海域,对长江口、杭州湾及邻近海区的水动力特性及盐度进行数值计算,研究结果表明,北港的盐水入侵强度高于北槽,北槽的盐水入侵强度又高于南槽,并且北港淡水往外冲淡的强度也高于南、北槽.在模拟长江口水动力特征和盐...     

斜向和多向不规则波对直立堤平均越浪量研究

通过三维波浪模型试验研究了斜向和多向不规则波对直立堤的越浪量。分别按平均越浪量和单波最大越浪量进行研究,探讨了平均越浪量随相对堤高、波浪方向、波浪方向分布宽度、波陡和相对水深等影响因素的变化规律,导得了斜向和多向不规则波作用于直立堤上的平均越浪量的计算公式。     

Derivation of unified wave overtopping formulas for seawalls with smooth,impermeable surfaces based on selected CLASH datasets

A set of unified formulas for prediction of the mean rate of wave overtopping at coastal structures with smooth, impermeable surfaces have been derived through the analysis of the selected CLASH datasets. The mean wave overtopping rate is expressed as the function of the significant wave height at the structural toe and the relative freeboard. The formulas are applicable for both vertical walls and inclined seawalls with smooth transition between them. The formulas are simple but cover the full range of water depth from the shoreline to deep water. The effects of the toe depth and the seabed slope on wave overtopping rate are duly incorporated in the formulas. Prediction performance of the new formulas is better than the EurOtop formulas for both vertical walls and inclined seawalls.     

Numerical simulation of irregular wave overtopping against a smooth sea dike

Based on the filtered Navier-Stokes equations and Smagorinsky turbulence model,a numerical wave flume is developed to investigate the overtopping process of irregular waves over smooth sea dikes.Simulations of fully nonlinear standing wave and regular wave’s run-up on a sea dike are carried out to validate the implementation of the numerical wave flume with wave generation and absorbing modules.To model stationary ergodic stochastic processes,several cases with different random seeds are computed for each specified irregular wave spectrum.It turns out that the statistical mean overtopping discharge shows good agreement with empirical formulas,other numerical results and experimental data.     

孤立波低顶海堤越浪的数值模拟研究

灾害性波浪是中国沿海地区最具破坏性的自然灾害之一。采用开源程序OpenFOAM中interFoam求解器,对低顶海堤（在风暴潮和海平面上升情况下所面临的不利工况）的孤立波越浪特性开展数值模拟研究。通过孤立波冲击海堤的基准算例,验证模型在模拟波浪爬升和越浪过程中大变形波面以及剧烈波浪力方面的精度。基于验证的数值模型,对孤立波在低顶海堤上的越浪特征以及防浪墙高度对越浪的影响开展参数化研究。结果表明堤顶超高减小导致更为剧烈的越浪。针对尚无低顶海堤孤立波越浪量经验公式的问题,提出新的适用于堤顶超高小或为0的孤立波越浪量经验公式。此外,研究发现增加防浪墙高度可有效减少越浪,但防浪墙所受的波浪力也增大。综合考虑防浪墙减少越浪以及自身所受波浪力,针对文中研究采用的海堤截面和波浪条件,建议无量纲防浪墙高度取为1.00。     

长江河口空间元数据研究

信息共享能够有力推动长江河口的管理和研究,空间元数据是实现有效信息共享的支撑技术,目前长江河口研究的一个重要的瓶颈问题是数据格式不统一、无法实现共享,因此研究长江河口空间元数据尤为必要。本文从实现长江河口信息有效共享的角度,提出了长江河口空间元数据的概念,归纳了空间元数据的内容体系,并进一步研究了长江河口空间元数据获取的步骤和方法,利用XML文档技术实现其管理和应用。     

Indicators and impact analysis of sediment from the Changjiang Estuary and East China Sea to the Hangzhou Bay

Based on the historical evolution of the Hangzhou Bay, by making use of the conclusions made by the previous research workers and the integration of concrete data, five distinct impact indicators of the sediment from the Changjiang Estuary and the East China Sea to the Hangzhou Bay are summarized. Numerical calculation and analysis indicate that the scouring and deposition of seabed in the Hangzhou Bay are subject to the direct impact of the evolution of the Changjiang Estuary, and the growth and decline and the direction of the sandy bar at Nanhuizui give traces to the sediment transport between the Changjiang Estuary and the Hangzhou Bay. The transport of sediment from the Changjiang Estuary to the Hangzhou Bay occurs mainly in winter and spring seasons and the increase of the Changjiang River runoff and the decrease of sediment charge have caused scouring in the northern coast of the Hangzhou Bay and the seabed erosion along the frontal margin of the Changjiang River Delta.