围海造地对天津港附近海域三维潮流场影响的数值模拟研究

近年来,渤海湾实施了围海造地工程,岸线的改变会影响渤海湾水动力特征。利用验证后的三维潮流数学模型ROMS对2003和2010年天津港附近海域潮流场进行了模拟,在此基础上,探讨了天津港附近海域的潮流特征、潮流的分层特点和围海造地引起的潮流场变化情况。结果表明:东疆港东北部与汉沽之间海域涨潮流速减小0.1~0.18m/s,落潮流速减小0.1~0.15m/s,南疆港北部海域涨潮流速减小0.05~0.1m/s,落潮流速减小0.05~0.1m/s,临港工业区附近海域涨潮流速减小0.1~0.18m/s,落潮流速减小0.1~0.15m/s,南港附近海域涨潮流速减小0.1~0.15m/s,落潮流速减小0.1~0.15m/s。     

辽东湾顶部海区潮流与悬沙分布规律研究

本文基于大量现场实测海流和悬沙资料,以及潮流场数值模拟结果,定量地揭示出辽东湾顶部海区涨、落潮流平均流速和悬沙的分布规律.研究成果表明,本海区的海流以潮流占主导地位,其主流向呈NE-SW向往复性流动,与悬沙输沙方向大体一致.东部潮流强于西部,涨潮平均流速普遍大于落潮,随着水深变浅,平均流速由近岸向浅海递增,呈幂函数分布规律.而悬沙分布浓度高值区均位于河口近岸段,向浅海递降,其分布规律呈指数函数关系.悬沙量分布为双台子河口之西高于东部,涨潮悬沙量普遍大于落潮,底层明显大于表层,大潮(涨、落)平均流速和平均含沙量等值线分布趋势基本相一致,但两者之间呈负相关线性关系.     

高频地波雷达观测的苏北辐射沙洲南部海域夏季表层海流特征

本文利用高频地波雷达获得的江苏如东海域大范围长期海流观测资料对苏北辐射沙洲南部烂沙洋海域夏季表层海流特征进行了分析。分析结果表明:研究海域表层海流靠近近岸一侧为往复流,流向总体上呈西北-东南向,靠近外海一侧为旋转流;海域潮流动力较为强劲,夏季表层海流实测最大流速达1.47 m/s,涨潮平均流速介于0.44~0.55 m/s,落潮平均流速介于0.38~0.52 m/s,海域西北部区域涨落潮平均流速明显大于其他区域;表层潮流为正规半日潮流,M₂分潮为最主要分潮,其潮流椭圆长轴范围为0.57~0.71 m/s,远大于其他分潮,其次为S₂分潮;该海域夏季表层余流呈现近岸大离岸小的分布趋势,余流流向基本指向近岸方向,从离岸到近岸余流流向呈现逆时针偏转。     

江苏岸外辐射沙脊群烂沙洋潮流通道稳定性研究

烂沙洋潮流通道是江苏岸外辐射沙脊群内一条涨落潮流速大的潮流通道。利用其天然深水航道,可建设深水大港。为论证烂沙洋潮流通道的稳定性,在实测资料的基础上结合多种研究分析方法主要包括遥感影像分析、地理信息系统、沉积物粒度、主元素分析及水动力条件分析等对该地区进行了综合调查研究。研究结果表明。烂沙洋潮流通道从整体上讲是一条稳定的潮流通道,沉积动力条件较稳定,适宜建港,但在建港时仍需慎重地采取必要的工程措施以减轻西太阳沙北侧周期性冲刷现象。     

基于地波雷达观测资料的烂沙洋海域表层海流特征研究

利用江苏如东海域地波雷达获得的长期的海流观测资料对烂沙洋海域表层海流特征和余流特征进行了分析。资料分析结果表明:本海域表层海流总体上呈西北-东南向,海域潮流动力较为强劲,各月最大流速介于125~150 cm/s;各月涨潮平均流速介于39~63 cm/s,落潮平均流速介于37~64 cm/s;表层潮流为正规半日潮,M2分潮为最主要分潮,潮流为往复流;东西向潮流流速大于南北向,东西向潮流最大流速为114 cm/s左右,南北向潮流最大流速为62 cm/s左右;该海域余流基本上呈现西向-南向流动,逐时余流方向频率方向为S向或SSW向。     

长江口枯季水沙特性分析——以2003年为例

基于2003年2月长江口大面积水沙同步观测资料的分析结果,长江口枯季水沙特性:a)垂线平均流速特性:时间上大潮＞小潮,落潮＞涨潮;纵向上由徐六泾向口门呈"先减小后增大再减少"的变化;断面上北支＞南支,南港＞北港,南槽最小.大潮徐六泾垂线平均流速为102cm/s,浑浊带水域北港最大,为128cm/s;口门水域南槽口外最大,为100cm/s.小潮徐六泾为78cm/s;浑浊带水域北槽最大,为83cm/s;口门水域北港口外最小,为36cm/s.b)垂线平均含沙量特性:时间上大潮＞小潮,涨潮＞落潮;纵向上由徐六泾向口门呈"先增大后减小"的变化;断面上北支＞南支,大潮北港＞南港,小潮南港＞北港,北槽较高,北港大潮较高,小潮最低.大潮徐六泾垂线平均含沙量为0.09kg/m3;浑浊带水域北港最高,为1.14kg/m3;口门水域南槽最高,为0.81kg/m3.小潮时徐六泾为0.06kg/m3,浑浊带水域北槽最高,为0.99kg/m3,口门水域北港最低,为0.09kg/m3.c)无论大小潮,水沙净通量均为北槽＞北港＞南槽.d)0.4H流速和含沙量能近似表示其对应的垂线平均值.南北槽大、小潮的水动力和含沙量分布均匀,变化较小,北港变化较大.e)流速和含沙量梯度表明,紊动强度大潮＞小潮,落潮＞涨潮,水体垂向混合的强度大潮＞小潮,涨、落潮的水体垂向混合的强度差别较小.     

广西近岸海域潮流数值模拟

采用有限元三角形网格的分步杂交方法,建立了广西近岸海域的二维潮流数值模型,计算值与实测资料符合较好。采用主要分潮组合输入,模拟了研究海域的平均潮潮流场。模拟结果表明:涨急时,潮流向为东北方向,最大涨潮流速为74cm/s左右;落急时,潮流向为西南方向,最大落潮流速约100cm/s,落潮流速大于涨潮流速。近岸区域潮流为往复流,离岸边越远潮流越接近旋转流。     

舟山群岛附近海域三维水动力数值模拟

利用ECOM模型模拟了舟山群岛附近海域流场和三维水动力特征,研究综合考虑了长江、钱塘江径流以及垂向温盐变化引起的斜压效应。考虑到实际岛屿形状和海底地形,平面采用直角坐标系,垂向采用σ坐标系,使垂向沿水深的分层更趋合理。通过多个验潮站的调和常数和实测海流资料的验证,计算结果与实测结果符合良好。结果显示,舟山群岛附近海域潮汐日不等现象显著,高高潮与低高潮的潮位差值为41～77cm,至杭州湾内最大差值可达109cm;潮流日不等现象不明显,两次最大涨潮流速差值为0．5～20cm／s,平均流速差为4．9cm／s;两次最大落潮流速差值为0．5～23cm／s,平均流速差为7．3cm／s,且底层差值大于上层差值,说明研究区属于不正规半日潮汐、正规半日潮流海区。本海区最大涨潮平均流速为120～213cm／s,最大落潮平均流速在105～182cm／s之间,基本以舟山群岛为界,东侧涨潮流速大于落潮流速,西侧落潮流速大于涨潮流速。数值模拟结果基本上体现了舟山群岛附近海域的潮流场状况。     

基于FVCOM的泉州湾海域三维潮汐与潮流数值模拟

基于FVCOM海洋数值模式,采用非结构的三角形网格和有限体积法,建立了泉州湾海域高分辨率(26 m)的三维潮汐、潮流数值模型。模拟结果同2个验潮站和3个连续测流站的观测资料符合良好,较好地反映了泉州湾内潮汐、潮流运动的变化状况和分布特征,给出了M₂、S₂、K₁、O₁ 4个主要分潮的同潮图、表层潮流椭圆分布,以及模拟区域内最大可能潮差、表层最大可能潮流流速和潮余流分布。分析表明,4个分潮的最大潮汐振幅和迟角差分别为219 cm和19°,85 cm和25°,26 cm和12°,26 cm和9°;石湖港以东海域的潮波为逆时针旋转的驻波,以西海域为前进波;最大可能潮差由湾口的8.0m向湾内增加至8.8 m。湾内潮流类型为规则半日潮流,落潮最大流速大于涨潮最大流速,北乌礁水道为强流区,表层最大可能潮流流速为2.4 m/s;湾口潮流运动以逆时针方向的旋转流形式为主,湾内的潮流运动以往复流形式为主,长轴走向主要沿着水道方向,与等深线和海岸线平行;四个分潮流表层最大流速分别为1.4 m/s,0.58 m/s,0.12 m/s,0.10 m/s。余流流速大小与潮流强弱有密切的联系,表、中、底层最大余流流速分别为26 cm/s,20 cm/s,16 cm/s,三者在水平方向基本呈北进南出的分布形态。     

莱州湾潮余流及粒子运移特征

为掌握莱州湾潮余流特征和粒子运移特征,文章采取平面二维数值模拟的方法,计算得到莱州湾的潮流场,并分析潮流结构;在潮流场的基础上,计算和分析欧拉余流场;通过在不同位置释放自由运动的粒子,得到潮流作用下自由运动粒子的运移轨迹。研究结果表明：莱州湾涨潮时的最大流速约为2.19 m/s,落潮时的最大流速约为2.66 m/s,且均在湾口处出现最大流速;莱州湾欧拉余流速度较小,且湾口附近较大而湾内较小;莱州湾分布均匀的粒子在自由运移时出现不同程度的聚集,且整体运移趋势是向岸聚集。     

桐花树红树林潮滩近底层悬沙浓度垂向剖面变化特征分析*

观测红树林潮滩在波浪和潮流作用下的近底层垂向剖面悬沙浓度变化过程, 对理解海岸带植被的消能促淤机制和滨海湿地生态修复工程有着重要作用。本文以北部湾七星岛岛尾桐花树红树林潮滩为例, 基于剖面流速仪HR、声学多普勒单点流速仪ADV、浪潮仪T-wave及剖面浊度仪ASM, 获取了研究区域2019年夏季大潮连续3天的水文数据, 同时结合桐花树典型植株实测参数, 分析了潮周期内红树林潮滩近底层垂向剖面悬沙响应波浪、潮流作用及桐花树空间结构的运动过程。结果表明: 1) 桐花树潮滩近底层悬沙浓度和悬沙通量具有涨潮明显大于落潮的潮汐不对称现象, 剖面垂向高悬沙浓度区域在涨潮初期—涨急由距底部0.1~0.37m转变为距底部0.5~0.67m, 落急—落潮末期则由上部转变为下部; 2) 潮周期内悬沙起动和再悬浮阶段发生在以波浪作用主导的涨潮初期和落潮末期, 平流和沉降发生在以潮流作用为主的涨急至落急整个阶段; 3) 涨潮阶段桐花树冠层的茂密枝叶通过减缓流速拦截多于冠层上部40%以上的悬沙, 落潮水体则挟沙自陆向海经过桐花树群落, 使得悬沙浓度下降超过71%。该不对称涨、落潮动力沉积机制有利于悬沙向岸输运, 促进潮滩扩张过程。     

弱动力浅海中的悬沙输运机制:以天津港附近海域为例

根据在天津港附近海域获取的水动力和浊度数据,分析了悬沙输运特征和输运机制,结果表明:天津港附近海域受不规则半日潮控制呈低流态往复流特征,但涨潮流强于落潮流;涨潮期间底部悬沙浓度与垂线平均流速呈显著线性相关,存在显著的再悬浮作用;潮周期内的悬沙输运呈典型的不对称特征,形成向岸的净输运趋势。输运机制分析结果显示:潮泵效应(尤其是潮汐捕捉效应)是天津港附近海域悬沙输运的主要贡献项,其次是拉格朗日平流输运项,前者比后者高一个量级;垂向剪切作用最小。涨落潮期间流速与悬沙浓度的显著不对称是造成潮汐捕捉效应占主导的基本条件。在潮下带这种悬沙输运格局可能和潮间带发生的细颗粒沉积物捕集(堆积)作用有关。     

黄河口悬浮泥沙时空动态及其驱动机制

受径流输沙、风浪、潮汐等影响,河口近岸海域悬浮泥沙具有显著的时空变化。本文基于小时分辨率的GOCI遥感影像,利用最优遥感反演算法,结合空间分析和统计方法,深入研究黄河口及邻近海域悬沙时空动态特征及驱动机制。结果表明,径流输沙对悬沙浓度的影响以河口近岸区为主,高径流输沙对悬沙浓度分布影响可达距岸约20 km,并向孤东近岸方向扩散。大风可引起清水沟老河口区泥沙强烈再悬浮,形成高浓度悬沙区。涨落潮对小时尺度的悬沙浓度影响显著,并影响悬沙的南北扩散。大潮悬沙浓度变化和扩散范围均大于小潮,潮流流速不同是造成该差异的主要原因。水深与悬沙浓度之间存在较明显的负相关关系,根据不同驱动因素的差异,悬沙浓度随着水深的增加呈现出指数型、幂函数型、线性3种关系。     

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。     

近期长江河口南汇南滩水域水沙变化特征

基于南汇南滩水域2011年12月和2012年6月洪、枯季大潮的现场水文观测资料及2003年2月枯季大潮、2004年9月洪季大潮的历史观测资料,分析潮流历时、流速、优势流和含沙量等水沙现状和变化特征,探讨近年来该水域水沙变化的主要影响因素。结果表明:(1)目前,南汇南滩水域洪季大潮落潮流占主导优势,枯季大潮涨潮流占主导优势;(2)东海大桥及其周边促淤围垦工程后,洪季大潮落潮优势增强,涨潮垂线平均含沙量减少,落潮垂线平均含沙量增多;枯季大潮落潮优势减弱,涨、落潮垂线平均含沙量均减少;(3)近岸工程建设是南汇南滩水域洪季落潮优势增强、枯季落潮优势减弱的主要影响因素;涨、落潮垂线平均含沙量的变化主要与工程建设、流域来沙量减少、近岸沙体变迁等作用有关。可为河口河槽治理提供理论依据。     

胶州湾海域潮流动力特征及其与含沙量的关系

根据2009年胶州湾海域的悬沙、流速、流向的实测资料,应用短期资料的潮流准调和分析方法,对连续海流资料进行了分析,并结合悬沙资料,对含沙量与潮流之间动力关系进行了探讨。研究结果表明:该海域潮流属于正规半日潮流性质,半日分潮流的东分量大于北分量,潮流以带有旋转性质的往复流为主,涨潮流流向偏西,落潮流流向偏东。胶州湾内含沙量分布特征与海底沉积物粒径特征基本一致。含沙量在涨落潮的交替和流速的更迭作用下出现明显的周期性变化,含沙量的峰值基本与海域半日潮流特点相对应,几乎每1个流速峰值对应1个含沙量的峰值,含沙量的峰值一般出现在流速峰值之后。胶州湾口处流速和单宽输沙量都为最大,涨潮单宽输沙量大于落潮单宽输沙量,输沙方向为偏西向。     

河口涨潮槽的演变及治理

根据长江口１９５８－１９８７年的地形、水文测量资料和研究成果，对河口涨潮槽的形态特征、水文泥沙特性、形成原因与演变规律作较系统的分析研究。结果表明，涨潮槽呈上口窄下口宽的喇叭形，延伸方向受口外潮波传播方向制约，潮波更多地呈现驻波性质；涨潮流起主导作用，余流方向指向上游，涨潮期含沙量大于落潮期；涨潮槽的水文泥沙特性有明显的大小潮，洪枯季和年际变化，其分布可从口外海滨－直延伸到潮流界；按成因涨潮槽可分     

Observations of some sedimentary processes acting on a tidal flat

In order to examine sedimentary processes acting on tidal flats, eighteen foot valves were “plumbed” into a small tidal cove in southern New Hampshire. Transport of suspended sediment was determined by comparing concentrations (determined by filtering) at 15 and 30 cm above the tidal flats throughout a tidal cycle. In general, sediment resuspension occurs more readily on the flood tide than the ebb. The concentration of suspended sediment follows the water mass distribution and is affected to a lesser degree by tidal currents and small amplitude waves. Deposition occurs during slack water shortly after high tide primarily in the bottom regime (15 cm); it is probably related to coarser particle sedimentation. The water mass distribution was not a simple rise and fall perpendicular to the bottom contours, but rather followed a slow clockwise gyre. The net effect on the suspended sediments was to impart a “longshore” component of drift to the suspended load during the tidal cycle.     

长江口北支悬沙浓度在潮周期内和大小潮周期尺度的变化特征及输运研究

Profiles of tidal current and suspended sediment concentration(SSC) were measured in the North Branch of the Changjiang Estuary from neap tide to spring tide in April 2010. The measurement data were analyzed to determine the characteristics of intratidal and neap-spring variations of SSC and suspended sediment transport. Modulated by tidal range and current speed, the tidal mean SSC increased from 0.5 kg/m3 in neap tide to 3.5 kg/m3 in spring tide. The intratidal variation of the depth-mean SSC can be summarized into three types: V-shape variation in neap tide, M-shape and mixed M-V shape variation in medium and spring tides. The occurrence of these variation types is controlled by the relative intensity and interaction of resuspension, settling and impact of water exchange from the rise and fall of tide. In neap tide the V-shape variation is mainly due to the dominant effect of the water exchange from the rise and fall of tide. During medium and spring tides, resuspension and settling processes become dominant. The interactions of these processes, together with the sustained high ebb current and shorter duration of low-tide slack, are responsible for the M-shape and M-V shape SSC variation. Weakly consolidated mud and high current speed cause significant resuspension and remarkable flood and ebb SSC peaks. Settling occurs at the slack water periods to cause SSC troughs and formation of a thin fluff layer on the bed. Fluxes of water and suspended sediment averaged over the neap-spring cycle are all seawards, but the magnitude and direction of tidal net sediment flux is highly variable.