用一维水力学方程求取泻湖水位及潮汐汊道断面流速——以海南陵水新村港为例

本文通过一维水力学运动方程及连续性方程,得出一个反映泻湖水位变化的二阶非线性有阻尼的强迫振动方程,采用龙格-库特四步格式进行求解,并以海南陵水新村港为例,计算了泻湖水位及潮汐汊道的断面流速.研究结果表明:(1)一维水力学方程可容易地求得泻湖-潮汐汊道体系中泻湖内的水位及汊道的断面流速,计算简单快捷.(2)一维水力学方程可分析潮汐汊道体系中的一些基本现象.如潮汐汊道对潮波的"过滤器"特征;由于泻湖-潮汐汊道体系的阻尼系数较大所导致的潮波自外向泻湖传播时衰减剧烈;径流对泻湖水位及汊道流速产生有利于落潮优势的影响;风可使泻湖水位抬升或下降等.(3)无论是否考虑泻湖与潮汐汊道面积随水位的变化,一维水力学方程都具有相当大的缺陷.由于其不能反映泻湖内地形的空间变化,也不能解决漫滩与归槽等过程,在外海潮波无次生波的情况下,它本身不能产生次生潮波,因而不能正确地反映潮汐汊道体系的涨落潮历时与流速不对称,从而不能分析泥沙的净输运及潮汐汊道的稳定性问题.(4)新村港泻湖-潮汐汊道体系中潮汐汊道的断面面积大小对整个体系的稳定性及演变趋势起着控制作用.     

建立潮汐汊道P-A关系的沉积动力学方法

在均衡状态下，潮汐汉道系统的纳潮量(P)与口门面积(A)之间存在着较稳定的关系，通常用幂函数形式来表达。计算P-A关系的传统O’Brien方法因其统计性质无法给出单一潮汐汉道的P-A关系。根据沉积动力学原理，每个潮汐汉道的P-A关系都受涨落潮历时、断面平均流速、口门形态、纳潮量、淡水径流量、沿岸毛输沙量和沉积物粒度等因素的控制，对上述因素的每一种组合，都有对应的均衡态P-A关系。作者在前人工作的基础上，尝试着建立了计算单一潮汐汊道P-A关系的沉积动力学方法，并以山东半岛月湖为算例对该方法的应用进行了讨论。结果表明，均衡态潮汐汉道的P-A关系的指数n稳定在1．15左右，而系统C的变化较大。     

纽约长岛一个小型潮汐汊道的水力学与地貌动力之间的短期相互作…

为了研究潮汐通道水力学与地形变化的机制及汊道对邻近海滩的影响，我们详细观测了一个小型潮汐汊道水力学与地貌的演变过程。由于波浪输沙大于潮流冲刷，汊道的水文与地貌发生了剧烈的变化，最后在观测的第八天就座淤闭了。波浪输沙形成汊道内的浅滩，汊道口门断面面积，引起了摩擦效应加大，使汊道水流经历了由落潮为主向涨潮为主的转化过程。     

海南岛洋浦港潮汐汊道口门的均衡过水面积

将汊道均衡与潮汐特征，纳潮量，淡水径流量及沉积物搬运格局相联系，确定了洋浦港的均衡条件，根据纳潮盆地的水面面积－水面高程曲线以及相关的特征潮位估算平均纳潮量，利用１９７７－１９７９年波浪观测资料和ＣＥＲＣ公式计算沿岸输沙率；此外，还用改进的Ｇａｄｄ公式确定口门涨、落潮流输沙率，计算中引入汊道口门流速频率分布函数的定义。由此而得洋浦港均衡过水面积为５８００ｍ＾２，与Ｏ＇Ｂｒｉｅｎ方法所得结果相比，本     

潮汐汊口水流结构和动力特性研究

潮汐汊口作为河网的重要单元,关系到水沙以及可溶污染物、营养物质的输运和分配,对河口三角洲的水文过程、地貌沉积和生态环境,都有至关重要的影响。本文选取国内最大的珠江河网的分汊顶点-马口、三水分汊,基于一个大潮潮周期内走航ADCP测量,分析潮汐汊口各个支汊的流速过程及三维流速的时空分布特征;结合非稳态的调和分析算法和小波连续变换确定汊口处主要的潮汐组分,利用潮流分离技术,剥离出占主导作用的潮波信号并探讨潮波动力在潮汐汊口处的空间分布形态。研究发现,由于潮波在西江马口和北江三水汊道内传播的不对称性,两汊间的流速过程存在1.5 h左右的相位差。而连接西北江的岗根汊道,由于存在频繁的水体交换和弯道水流的特性,岗根断面的动力作用较为复杂,其最大垂向平均流速在涨落急时刻分别向左、右岸偏移,横向断面均出现了显著的顺时针二次流。     

山东荣成月湖潮汐汊道的时间-流速不对称特征

月湖是山东半岛东端的一个小型潮汐汊道.在月湖进行了潮位、潮汐观测及地形测量,运用两种方法从潮位记录推算出口门落潮主干道垂线平均流速和断面平均流速.发现除涨潮优势型和落潮优势型外,月湖还表现出另外两种时间-流速不对称,即涨潮历时大于落潮历时且涨潮流速大于落潮流速、涨潮历时小于落潮历时且涨潮流速小于落潮流速.月湖的时间-流速不对称特征与不规则潮汐、涨(落)潮的流速跟潮位的匹配关系、汊道口门的断面形态、口门特殊的水流结构及循环过程等因素有关.时间-流速不对称类型的研究,对于理解潮汐汊道系统的沉积动力行为及进行人工整治有一定意义.     

东海沿岸潮汐汊道的P-A关系

O′Brien方法广泛应用于砂质海岸潮汐汊道的P-A关系研究。本文运用该方法求得东海沿岸11个潮汐汉道的P-A关系为:A=2.55×10~(-4)P~(0.92),lgA与lgP之间的线性相关系数为0.97。此结果的分析表明,东海沿岸潮汐汊道已接近于动态平衡;在细粒沉积物为主要物源的浙闽强潮基岩海岸,O′Brien方法也是适用的。     

潮汐汊道的若干问题

本文通过国外潮汐汊道研究进展的回顾,并结合我国的具体情况,论述了潮汐汊道的定义以及它与其他类型的潮汐水道的区别;并证明中小河口湾也是潮汐汊道的一种特殊类型,文中举例说明,海岸动力地貌学,特别是堆积地貌的慎密研究是判断潮汐汊道稳定性的一个重要手段,在缺乏详细的近岸带泥沙运移和水动力要素的定量数据时,更是如此.     

柘林湾多口门潮汐汊道动力地貌的演变

潮汐汊道是连接内湾和外海、维持港口通航和水体交换的枢纽,其演变特征是整个澙湖、海湾地貌体系研究的基础。选取典型多汊型潮汐汊道系统——柘林湾为研究对象,以实测资料和历年海图、地形图为基础,结合SELFE(semi-implicit Eulerian-Lagrangian finite-element)模型,研究多汊型潮汐汊道水动力结构、泥沙运动及自然和人类活动影响下的演变特征。结果显示,20世纪70年代澄饶大联围之前,共享柘林湾125km2纳潮水域的5个汊道同时维持稳定;围垦工程后,西侧2个汇潮口门封闭,纳潮面积减少50%,导致湾内动力减弱,韩江来沙中断,湾外浅滩冲刷,泥沙向湾内输送,30多年来三百门水道显著淤积,小金门稳定,大金门冲淤调整,小门水道淤积不稳。围垦工程后小金门水道的纳潮面积变化甚少,水动力及输沙仍为落潮占优,汊道环流发育,汊道断面冲淤微调,维持稳定;大金门汊道所控制的纳潮面积减小1/3,口门涨、落潮流速不对称性减弱,汊道冲淤调整;小门水道纳潮面积剧减一半以上,汊道延长弯曲,大金门与小门水道的环流结构加剧了该汊道的淤积和不稳定。     

黄渤海沿岸潮汐汊道的P－A关系

本文计算了１５个潮汐汊道的大潮潮棱体Ｐ及平均海面下口门最小过水断面积Ａ之间的回归方程式。黄渤海沿岸潮汐汊道的天然状态下的Ｐ－Ａ关系为：Ａ＝０．０８４５Ｐ１．０２０。Ｐ与Ａ不仅具有密切的相关性，还有相当大的离散性，这主要与潮汐汊道所获取的泥沙丰度及潮汐汊道的发育阶段有关。与南海、东海沿岸Ｐ－Ａ关系的对比表明，中国海和海区Ｐ－Ａ关系中的常数Ｃ和ｎ差别不大。研究也表明，泻湖型和海湾－溺谷湾型两种潮汐汊道可求得统一的Ｐ－Ａ关系。但与滨临深水区的半环抱形海湾不同。后者主要因为没有较充裕的泥沙供应及海湾水域较为开敞，而不应列入潮汐汊道的范畴。     

潮汐汊道A-P关系中参数C和n的控制因素

与沿岸漂砂相联系的潮汐汊道系统达到均衡态时的Ａ－Ｐ关系可表示为Ａ－ＣＰ＾ｎ。根据对Ａ－Ｐ关系的模拟，本文提出在均衡条件下ｎ值必然大于１，潮汐汊道Ａ－Ｐ关系表现出弱分形现象。其原因是对应于一定强度的沿岸漂砂较小汊道以口门宽度减小，流速增大来维持均衡关系。模拟实验还表明，参数Ｃ的大小与沿岸输砂率、淡水径流量和潮汐类型有关，这些因素对参数ｎ稍有影响。前人研究有时遇到ｎ〈１的情况，这可能是由于统计分计的某     

珠江磨刀门河口环流结构动力特征分析

河口环流结构关系到物质输运、泥沙沉积和地貌变化等物理过程。根据2019年磨刀门河口原型观测平台洪枯季连续观测分层潮流资料,统计洪枯季、大小潮河口东、西汊的涨落潮流及历时变化特征,利用理论方法解析河口东西汊平面环流和重力环流结构,进一步引入混合参数研究河口纵向环流中的潮汐应变环流。研究发现枯季东、西汊在转潮时刻存在东涨西落的平面环流结构,洪季平面环流特征较不明显;枯季重力环流强度整体略大于洪季,西汊重力环流强于东汊,表层向海环流流速可达0.2～0.25 m/s,而底层向陆环流流速相对较小。洪季大潮期由潮不对称性驱动的潮汐应变环流相对较大,进而增强了纵向环流的强度。河口垂向余流结构同样表现洪枯季、大小潮的变化规律。洪季余流整体较大,西汊在小潮期表层余流流速超过0.6 m/s,而东汊余流则明显呈现表层向海、底层向陆的分布特征,枯季余流整体较小,表明其对物质输运和河口地形塑造作用较弱。     

潮汐河口断面悬沙通量组分模式及其在长江口的应用

断面泥沙通量估算的误差主要来源于计算方法、测点布局等,通量模式应该建立在通量估算统计误差最小的原则基础之上.在断面网格设计中采用统计误差最小的等面积单元网格,在泥沙通量估算中采用泥沙组分浓度,在流速变量插值上垂向采用对数函数插值,横向采用第一边界三次方样条函数插值.这样建立的潮汐河口悬沙断面通量组分模式较以往的任何模式更完善,断面通量估算的误差最小.将该模式应用于长江河口南港断面悬沙通量估算及其输移机制分析,断面泥沙通量表现为大潮期大进大出、大出大于大进;小潮期小进小出、小出大于小进;主要输移机制是拉格朗日输移和潮泵.     

胶州湾沉积环境与潮汐汊道演化特征

研究了胶州湾沉积物输运格局，沉积速率和潮汐汊道演化特征，结果表明，胶州湾口门水道内的悬沙净输运是从湾内指向湾外，湾内水体悬沙浓度终年较低，胶州湾的泥沙来源较少，沉积速率较低。历史上的围垦活动虽造成了纳潮量的减少，但口门过水断面面积并未减小。胶州湾是一个地貌演化缓慢，口站过水断面面积小于均衡状态面积的汊道系统。今后，可应用沉积动力学等方法确定维持港口和航道资源所需的纳潮量，结合纳潮海湾的环境保护和生态建设，定量地确定胶州湾的围垦潜力。     

海南新村港潮汐汊道波流联合作用下的动力特征及其沉积动力学意义

基于ADCIRC与STWAVE模型,对海南新村港潮汐汊道的波浪-潮流联合作用进行了数值模拟,结果表明,S、SE向的平均浪与风暴浪在汊道近岸以产生西向沿岸流为主,SSW向平均浪与风暴浪作用时,在落潮主水道西侧形成东向沿岸流与西向沿岸流的交汇带。风暴浪作用下波生流与潮流的相互作用使瞬时流场与余流场均发生相应的变化。在平均浪作用时,汊道附近流速变化很小,而在风暴浪作用时流速增大,汊道内的涨、落潮流速不对称更为显著。在落潮主水道两侧由于波流联合作用产生涡漩,使动力减弱,从而造成泥沙落淤,而西向沿岸流的存在,使落潮主水道南侧边缘沙坝持续西移,泥沙沿落潮三角洲末端与冲流坝转运,导致新村港汊道口门西侧发育了规模较大的堆积地貌。     

海南岛万泉河口海岸动态及其整治对策

通过应用沉积动力学方法计算了万泉河口口门均衡过水断面面积和沿岸输沙率．计算结果表明,波浪对万泉河口沿岸沉积物的输送起着控制作用,南北向输沙作用强烈,同时潮汐汊道目前处于不稳定阶段,口门断面的变化很大。在分析了万泉河口的自然地理条件以及基本演变规律后,还从增加纳潮量、扩大纳潮水域面积、整治沙美内海及其周边生态环境、建设导堤工程改善拦门沙的浅滩航道等方面提出了万泉河口潮汐汉道口门和航道治理的一些工程和生态措施。     

椒江河口层化动力特性研究

基于椒江河口大、小潮期间水位、流速、盐度和悬沙浓度观测数据,研究了椒江河口主潮汐通道的水动力、盐度和悬沙浓度的时空变化特征,解释了高浊度强潮作用下的层化物理机制。椒江河口大潮期悬沙浓度和盐度均大于小潮期,主潮汐通道区域落潮期悬沙浓度大于涨潮期;盐度随潮变化,盐水锋面出现在S2测站,锋面附近出现最大浑浊带;自陆向海,悬沙浓度递减,盐度递增;随水深增加,悬沙浓度与盐度递增。Richardson数与混合参数显示,盐度和悬沙引起的层化现象,是随着潮汐的变化而变化,涨潮时的层化均强于落潮,小潮时的层化持续时间最长,区域更广。混合参数随潮周期变化,大潮期高于临界值1.0,小潮期低于临界值1.0。小潮期水体层化强于大潮期;潮汐应变项是影响势能差异变化率的重要因素;落潮期间层化向混合状态转化,涨潮相反。     

山东荣成湾月湖口门落潮干道的推移质输运

改进了Gao等 ( 1 994)方法 ,并用以计算潮汐汊道口门落潮干道的垂线平均流速。利用月湖潮汐汊道系统冬、夏季各一个月的潮位资料 ,计算落潮干道的潮流流速和推移质输运率。结果表明 ,流速的计算值和实测值呈良好的相关性 ,落潮干道内落潮流的输沙能力高于涨潮流输沙能力     

华南海岸沙坝瀉湖型潮汐汊道口门地貌演变

华南海岸沙坝湖型潮汐汊道主要分布在小潮差岬湾海岸段。汊道口门基本地貌单元有口门深槽、落潮三角洲、涨潮三角洲、内弯沙嘴等，其形态特征与海岸动力及泥沙条件有关。汊道口门迁移、落潮主水道迁移、冲流坝和水道边缘坝向岸迁移和并岸，是汊道口门地貌演变的主要模式并具周期性特点。　湖港湾大规模围垦堵海或注入港湾的河流改道直接入海，这些人类活动可能导致汊道口门急剧变化和航行条件恶化而必须进行整治。     

华南海岸潮汐汊道P-A关系的分析

潮汐汊道是潮汐海岸的重要海岸类型。本文计算华南海岸32个潮汐汊道的平均潮棱体(P)与口门咽喉段平均海面以下的断面积(A),用回归分析法求出标准差最小的P-A最佳回归方程,为乘幂接近于1的乘幂函数形式,与美国沙质海岸、日本基岩港湾海岸研究结果相似。P-A之间除了具有很好的相关性外,还存在着明显的不稳定性。