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。     

波浪、潮流和风暴潮耦合模式及悬沙输移规律的研究

近年来，由于河口、海岸地区的泥沙运动与港口、航道以及海岸的冲淤有着直接的关系，对一些海岸建筑物比如防波堤、护岸工程等造成一定的威胁，甚至于使其完全丧失使用价值，造成巨大的损失。为此人们越来越重视对这一问题的研究。本文为估计岸滩的冲淤变化和了解岸滩的演变规律，对影响泥沙运动的海洋动力要素进行了研究。 为研究悬沙的输移规律，建立了一个由两部分组成的二维悬沙模型系统：①水动力模式。建立了一个综合多因素的二维波浪、潮汐和风暴潮耦合模式，以此来研究波、潮、风暴潮间的相互作用，并为泥沙计算提供流速场。②二维悬沙模式。运用得出的流场来研究悬沙的输移扩散规律。其中所采用的波浪模式是将流对波浪场的影响同时加以考虑的耦合数学模型，将流速加入波能方程，并考虑由于水面的升降而产生的不定常水深对波浪场的影响，再将波浪场对流场的影响通过辐射应力、考虑波浪影响的底应力以及依赖波龄的表面风应力耦合到流场中，从而建立了一个综合多种因素的波浪、潮汐、风暴潮联合作用下的二维悬沙模型系统。并在此模型系统的基础上，对黄河口泥沙的输移问题作了探讨，为今后的防堤、护岸工程提供依据。     

悬移质潮扩散的数值预测

结合有关经验公式,本文提出了考虑源、悬浮沙的沉降和再悬浮作用的二维悬浮沙潮流扩散数值模式,并利用ADI方法,在数值模拟潮流、水位场的同时,通过求解悬浮沙的二维扩散方程,预测埕岛油田开发工程排放悬浮物对周围海洋环境的影响程度。经分析表明计算效果良好。     

准三维位相分解的水动力及泥沙输运模型

本文将一个基于扩展到破波带的Boussi nesq方程的二维位相分解波浪变形模块与一个波浪挟沙输运模块相结合来计算二维输沙率 ,建立了两个水动力模块来计算流及湍粘性的垂向变化 ,以及波浪悬沙浓度和悬沙输沙率。在几种情况下对该模型进行了验证 ,并做了精度分析。Elfrink等 (1 996)给出了三维模型的描述 ,即一个无界海滩位相平均的波浪模块和一个波浪挟沙输运模块的合成。需要一个波浪理论来计算波要素。Rakha等 (1 997)所描述的模型则代表一个可位相分解的海岸剖面模型 ,即由一个一维 (1D)Boussinesq模块和一个垂向一维(1DV)波浪水动力及…     

长江河口波-流共同作用下的全沙数值模拟

针对长江河口地形、水文、泥沙运动等复杂的特点,建立了波-流共同作用下的二维全沙及河床演变模型.在合理计算研究区域流场等的基础上,利用切应力概念确定悬沙扩散方程中的源函数;通过系列数值试验和实测资料的统计分析,在经典的泥沙临界起动速度中引入反映河床底质结构及固结程度的局地系数;选用由流速、盐度、含沙量浓度确定的泥沙颗粒絮凝沉降速度,从而提高长江口悬沙场数值模拟精度.在底沙输运计算中,提出一种较为合理确定有关参数的方法.通过洪、枯季大、中、小潮水文、泥沙资料和典型台风引起航槽冲淤变化的实测资料验证,表明该文提出的模型能较合理地反映长江河口流场、泥沙场及地形的演变.     

近岸波、流作用下结构物附近海岸演变的数值模拟

针对与砂质海岸在波浪作用下的演变有关的波浪、近岸流及输沙问题进行了系统的研究,并对结构物附近海岸演变进行了数值模拟。考虑了波浪折射-绕射及波浪破碎的综合作用,在近岸流场的模拟中用沿水深积分形成的K方程模型确定涡粘系数。计算岸滩地形变化时,综合波浪、近岸流作用的底沙和悬沙输沙率,并考虑波浪对泥沙作用的影响。模型对防波堤和近岸沉船附近地形变化进行了模拟,效果良好。     

潮流波浪联合输沙及海床冲淤演变的理论体系与其数学模拟

根据近岸带及河口区潮流、波浪、湍流各自物理尺度的不同,从Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和质量传输方程出发,利用Ｒｅｙｎｏｌｄｓ分解的方法,建立了模拟波浪 流联合输沙及海床冲淤演变的理论体系,给出了潮流作用下近岸波浪传播方程、波浪作用下潮流运动方程并通过利用波流合成底部切应力、底层湍流脉动随机特性,得出了波流联合作用下不平衡沙计算中泥沙起悬与沉降量的确定方法。本文模型应用于“广西合浦围垦工程潮流波浪     

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。     

应用数值模拟方法探讨河口最大浑浊带若干机理

利用平面二维潮流方程结合悬沙输运方程模拟了河口最大浑浊带现象。并且对河口边界进行进一步概化 ,比较了恒定流与非恒定流、稳定源与非稳定源、矩形河口与线性河口等不同条件下河口悬沙浓度的平面分布特点。结果表明河口地形边界和非恒定潮流作用对河口最大浑浊带的悬沙富集有重要贡献。     

潮流作用下河口是沙运动二维数学模型

对于粉沙淤泥质河口和海岸,海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,需要首先进行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,在对二维悬沙不平衡输沙方程和海底变形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。在此基础上,将该模型应用于实际水域,结果表明,该数学模型能够模拟河口的悬沙运动规律和冲淤变化,对于水流较大的海域该模型有一定的应用价值     

夏季浙江沿岸陆架区泥沙输运机制

基于2014年夏季浙江沿岸陆架区的水文、泥沙、底质沉积物等实测资料,运用物质通量分析方法和Gao-Collins粒径趋势分析法,探讨了泥沙的输运通量、输运方向、动力机制及净输运趋势。夏季,近岸含沙量规律性较强,由西至东逐渐降低,由南至北逐渐升高,且与潮流有非常好的对应关系,呈现出明显的潮周期变化特征。研究区净悬沙通量自岸向外海迅速变小,悬沙输运中平流输运占主导地位,其次是垂向净环流对悬沙输运的影响,近岸海域表现为向海输沙,30 m以深海域表现为东北向输沙,同时台湾暖流的屏障作用也影响了悬沙向海扩散。粒径趋势分析显示浙江沿岸陆架表层沉积物的长期输运机制为由东北向西南输运,在流系以及海底地形的影响下,中部海域出现粒径趋势较弱的沉积中心。而在夏季,悬浮泥沙主要为平行岸线向东北输运,估算每天进入研究海域的净悬浮泥沙约为1.9×106 t。     

青岛近海悬沙输运的三维数值模拟

研究近海海域水流、悬沙运动规律，运用基于COHERENS发展的水动力悬沙模型COHERENS-SED,结合当地一般波浪条件，模拟了青岛近海悬浮泥沙输运情况，并验证及分析了水动力环境及悬沙输运的模拟结果。结果表明：在波流合作用下，近岸掀沙明显，大潮期间该海域近岸悬沙浓度值最高可达50mg／L。     

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。     

黄河口挑河河口悬沙分布与输移特征研究

基于实测资料对黄河废弃河道挑河河口段的悬沙分布及输移特点进行了研究。结果表明:挑河河口段悬沙浓度与潮流流速正相关,风浪作用则导致悬沙质量浓度大大提高;在空间尺度上悬沙浓度呈河口高、河道上游低的特点;挑河河口附近,涨潮流输沙明显占优势,向河道内侧,悬沙输移率有所降低,且逐渐转变为落潮输沙占优势。结合河口外侧海域冲淤演变趋势以及悬沙输运动力机制,认为河口段河道总体处于弱淤积状态,而风浪作用可以加速河道淤积。本研究可为挑河的河口演变和航道整治等提供参考。     

远区台风“三巴”对河口波浪增水和波生流影响数值模拟研究

波浪增水和波生流是河口泥沙输运、地貌演变和污染物扩散的重要动力之一,但目前关于远区台风影响下长江口波浪增水和波生流的研究比较缺乏。本文建立了覆盖东中国海的台风-天文潮-波浪耦合三维数值模型,研究了远区台风“三巴”对长江口波浪增水和波生流的影响。结果表明:波浪从台风中心向近岸传播过程中,能量耗散引起波浪作用力的衰减和辐射应力的增大,产生波浪增水,长江口波浪增水在0.05 ~0.20 m之间,占台风总增水值的15%~22%。从NW向入射的台风浪产生自北向南的波生沿岸流,垂向上呈现三维结构,平均流速在0.05~0.20 m/s之间,占风暴潮流的15%~50%,充分说明了远区台风可以对长江口波浪增水和波生流产生明显影响,研究成果可以为河口极值水位和流速计算、泥沙输运、水下三角洲地貌演变等研究提供参考。     

苏北大丰港海域航道临时抛泥区悬沙扩散影响研究

以大丰港航道临时抛泥区抛泥为研究对象,建立苏北辐射沙洲大丰港海域二维潮流泥沙数学模型,研究了航道临时抛泥区抛泥后的泥沙运移特征及对周边航道、锚地的影响。研究表明,在地形和边界的约束作用下,抛泥区的水质点运动具有明显的往复流特征,大潮涨落潮水质点轨迹存在一定的流路分歧;抛泥区抛泥后,高浓度含沙水体呈南北条状形态,轴线与航道基本平行;涨急和涨憩时刻抛泥,悬浮泥沙对航道具有一定的影响,而落急和落憩抛泥,悬浮泥沙对锚地影响相对较大。     

北部湾南部海域近底悬沙输运及地貌演变

利用1个海洋沉积动力过程原位监测系统在北部湾南部浅海陆架海域采集了18个潮周期的波浪、潮流、悬浮沉积物浓度、底床变化数据,分析了悬沙浓度变化特征,计算了近底悬沙通量并分析了潮流和波浪对底床演变的影响,结果表明:观测期间近底悬沙浓度的变化主要受水位波动、潮流的共同影响,波浪作用较弱;悬沙浓度的异常高值可能是上游沙波表面的泥沙滑落沉降所致;观测期间悬沙通量的波动规律与近底潮流速度变化一致,潮周期和涨落潮之间的悬沙通量有显著差别;在潮流作用下观测期间悬沙向西的净输运量约为15 158 kg/m,向北净悬沙通量为2 934 kg/m,东西向净通量远大于南北向净通量;近东西向波谷地形对南北向悬沙输运的限制作用可能导致了输运通量的显著差异;底床高程的变化在潮周期之间有差异,变化值在0.8~16.7 cm之间波动,厘米级底床高程的快速变化主要是由潮流流速的大小及往复潮流的不对称性造成的。这种变化可能与沙纹的运移有关,沉积物向下游方向的运移以及沙纹剖面形态的改变可以较合理地解释底床高程的变化特点。     

Cross-shore suspended sediment flux in the salt marsh pioneer zone of Chongming eastern beach in the Changjiang Estuary in China

Between April 2002 and April 2003, in situ measurements of water depth, current velocity and suspended sediment content were carried out in edge region of East Chongming salt marsh and neighboring bald flat in the Changjiang (Yangtze) Estuary under different weather conditions. Cross-shore suspended sediment flux was calculated and analyzed. The results show that under calm weather conditions, the current velocity process in bald field and salt marsh area varied differently during semidiurnal tidal cycles. Owing to current velocity asymmetry, mean SSC during flood tide phase was 1.8 times higher than that of ebb tide phase. As a result, net onshore sediment flux controlled cross-shore suspended sediment transport process and salt marsh pioneer zone was generally accreting. There was significant positive correlation between total sediment flux and quartic power of maximum water depth. It indicates that tidal ranges dominate suspended sediment transport and sedimentation process in the salt marsh pioneer zone under the calm weather condition. The sedimentation rate on the adjacent mudflat was higher than the salt marsh, which induced stable accreting of salt marsh towards the sea. The wind events enhanced SSC and current velocity during the semidiurnal tides. And the remarkable onshore net sediment flux could occur on the high marsh and mudflat close to the marsh fringe during the short period under the rough weather condition.     

不同时间尺度下长江口海域表层悬浮体浓度变化

长江入海泥沙是中国东部陆架海沉积物的主要来源之一。本文基于MODIS-Aqua卫星的遥感资料并结合实测悬浮体浓度,建立了基于颗粒物后向散射系数的悬浮体浓度的反演方法,获取了2002—2017年长江口海域的表层悬浮体浓度分布,并分析其在潮周期、季节内以及年际等不同时间尺度下的变化特征。结果表明,在潮周期内,长江口122.3°E以西海域表层悬浮体浓度大潮高于小潮,落潮大于涨潮,高潮大于低潮;在季节尺度内.6—8月表层悬浮体浓度逐渐增加。而122.3°E以东海域,则出现相反的情况;长江口122.3°E以西海域的夏季平均表层悬浮体浓度年际变化明显,主要受长江入海水沙量年际变化的影响。长江口122.3°E以东海域表层悬浮体浓度的年际变化几乎不受长江入海泥沙的影响。风向对悬浮体浓度的扩散具有显著的作用,南风有利于高浓度悬浮体向外海扩散,东风则抑制扩展。