长兴岛海区波流相互作用数值模拟研究

波和流是近岸海区的主要动力因素。应用二维潮流数学模型和最新第三代近岸海浪模式SWAN,建立了非结构网格下二维情况近岸波流耦合作用数学模型。时间离散采用欧拉向前格式,空间离散采用有限体积法显式格式。通过将波浪场及潮流场进行迭代耦合计算,实现了对波流共同作用下波浪场和潮流场的数值模拟。将模型应用于矩形海湾实验和李孟国数模实验等理想地形以及大连长兴岛海区实际复杂地形算例,并用现场实测资料对计算结果进行验证,结果表明:耦合结果与实测结果吻合良好,并且要优于未耦合的结果。     

基于非结构网格的波流耦合数值模式研究

本文采用ADCIRC模型和SWAN模型, 建立了一个基于非结构化网格的波流耦合数值模式, 风浪计算和潮汐风暴潮计算均采用同一套三角网格, 对复杂岸线和建筑物布置均有较好的描述, 且避免了模型插值, 提高了计算效率和精度。利用该模型对渤海湾西南海域几次强风过程中的风浪和潮汐风暴潮进行了研究, 通过实测资料对该模型进行了验证, 结果表明该模式具有较高的精度, 能较好地描述风浪、潮汐风暴潮的传播演变及其相互作用, 可应用于风浪与潮汐风暴潮的模拟计算。     

河口波流相互作用的数学模型

基于Navier-Stokes方程，考虑波流相互作用，本文提出了河水水动力数学模型，本模型考虑：（1）河水径流、相对波浪和潮流，可作为时不变的流动问题，一般作为潮流计算的部分边界条件；（2）波浪，主要是涌，其周期相对潮流可小几个数量阶，波长50－250m；（3）潮流，周期性的，时间尺度是半天到1d，波长以几十公里计；（4）地形是缓变的，其特征尺度远大于波浪长度。     

近岸区域波流耦合作用的数学模型

本文提出了一个讨论近岸波浪和波生流耦合作用的二维数学模型。在波浪场中运用波数矢量无旋和波作用量守恒方程求解波浪在波生流作用下的折射、绕射变形,以辐射应力作为波生流场的驱动力,考虑地转柯氏力和海底底摩擦的作用。文中采用Dingemans（1987）的地形对波流耦合作用进行了分析。数值计算结果表明波流耦合作用对近岸波浪场和波生流场的影响比较显著,在工程实际上应当综合考虑波流耦合问题。     

改进的波流相互作用Boussinesq方程

对于波流相互作用的Boussinesq方程,为了考虑水流作用所引起的平均水面变化,通过引入新的计算速度,使方程色散关系中的水深为考虑水流影响后的实际水深,并使方程色散精度达到了Padé[4,4]。通过计算潜堤强水流和裂流两种背景水流流场情况下的波浪运动特征,验证了该模型和数值方法的正确性。     

强海况下波流相互作用对有效波高的影响研究

波流相互作用作为非线性科学的前沿课题,一直受到国内外广大学者的关注。本文以2016年第1号超强台风“尼伯特”为例,基于波流耦合模式研究了台风影响期间强海况下波流相互作用对有效波高的影响。研究表明：（1）波流耦合模式可有效提高强海况下海浪的模拟精度;（2）波流相互作用对有效波高的影响与波向和流向之间的夹角关系密切：当波向与流向大致相同时,波流相互作用使有效波高减小;当波向与流向大致相反时,波流相互作用使有效波高增大;当波向与流向之间的夹角越接近90°时,波流相互作用对有效波高的影响越小。波流相互作用对有效波高的影响最大可达1.5 m。     

台风“灿鸿”影响下海浪的数值模拟研究

台风是影响中国黄东海的强天气现象,其引起的强风、巨浪和台风增水严重威胁着沿海地区人民的生命与财产安全。本文以海浪模式SWAN(Simulating Waves Nearshore)与区域海洋模式ROMS(Regional Ocean Modeling System)为基础,构建了中国黄东海海域在201509号台风"灿鸿"影响下的海浪-海洋耦合模式。通过浮标与Jason-2高度计有效波高数据验证了模式结果的准确性。进行了敏感性实验分析,对比耦合(ROMS+SWAN)与非耦合(SWAN)下以及使用不同地形数据(ETOPO1、ETOPO2、GEBCO)、不同物理参数化方案(风能输入、白冠耗散、底摩擦耗散)下的模拟结果差异。结果发现在射阳与前三岛浮标处,使用GEBCO地形数据(15弧秒间隔)下的模拟效果更好且稳定。在空间分布上,台风中心附近的浪流相互作用显著,在其前进方向右侧表现为耦合的有效波高值低于非耦合有效波高值,差值最高可达1米。选择不同风输入与耗散项方案时的模拟差异主要发生在最大波高处,选择不同的风能输入与白冠耗散项方案带来的差异接近0.4米,而底摩擦项方案选择不同带来的差异接近1米。...     

水动力时空变化对近岸风浪演化的影响——以渤海湾西南岸为例

采用SWAN模型和ADCIRC模型建立了风浪、潮汐和水流联合作用的耦合数值模式,并通过渤海湾西南岸实测资料对该模式进行了验证。利用该模式分析了近岸区水位和流场时空变化对风浪模拟结果的影响,计算结果表明水位变化对近岸区风浪模拟结果有显著影响,特别是中等大风过程高潮位时波高受水位影响的变化幅值可达0.5m以上,且水深越浅影响越大。但在岸滩平缓的近岸海域由于流速、流向的时空变化不太剧烈,流场作用和波浪辐射应力作用对波浪场的影响都基本可以忽略。在模拟近岸风浪过程时,应选用耦合模式。     

波流作用下黄河三角洲多层粉质土孔压累积及液化分析

在波浪和海流作用下,多层粉质土海床可能会发生液化破坏,进而影响工程构筑物的安全.以黄河三角洲为背景,选取垦东地区三种典型粉质土海床,基于Terzaghi固结方程和Biot渗流理论,验证了波流作用下多层土海床累积孔压响应模型,探讨了三种不同典型海床累积孔压与液化特征的差异,以及波流参数对海床动力响应的影响.结果表明,上覆...     

波流联合作用下海底管道侧向运动数值分析

研究旨在提出波流联合作用下海底管道侧向运动数值模拟分析方法。通过建立三维离散刚体模拟海床,梁单元模拟海底管道,设置了两个载荷步模拟管道与土壤接触的过程,解决了实体模型不易收敛的问题。分析了不同管—土法向行为接触刚度、不同管—土切向行为摩擦系数、不同波流参数以及不同单位长度管道水下质量对海底管道侧向运动的影响。研究表明：海底管道的最大等效应力、最大侧向位移、最大接触压力以及最大横向摩擦剪应力对于管—土法向行为接触刚度的变化并不敏感;管道的最大侧向位移随着管—土切向行为摩擦系数增大而减小,呈现出线性变化的关系;当波高一定时,管道的最大侧向位移随着流速的增加而增大,并且波高越小,最大侧向位移随流速增加的速度明显越大;管道最大侧向位移随着单位长度管道水下质量的增加而减小,并且呈现出线性变化的关系。     

Numerical study of three-dimensional suspended sediment transport in waves and currents

In the present work, a three-dimensional suspended sediment model (SED) is built. A three-dimensional hydrodynamic model (COHERENS) and a third-generation wave model (SWAN) are fully coupled through accounting for mutual influences between wave and current in them. SED is combined with the coupled model built up above. Damping function of suspended sediment on turbulence is introduced into COHERENS. Then a coupled hydrodynamic–sediment model COHERENS-SED incorporating mutual influences between wave and current is obtained. COHERENS-SED is adopted to simulate three-dimensional suspended sediment transport of Yellow River Delta with wave–current co-existing. The simulated tidal current velocities and suspended sediment concentration match well with field measurement data. The simulated significant wave height and wave period for a case with current's effects can give better agreement with measurement data than a case without current's effects. Numerical simulation results of COHERENS-SED are demonstrated to be reasonable though being compared with previous studies and field measurements [Wang, H., Yang, Z.S., Li, R., Zhang, J., Chang, R., 2001. Numerical modeling of the seabed morphology of the subaqueous Yellow River Delta. International Journal of Sediment Research 16(4), 486–498; Wang, H., 2002. 3-dimensional numerical simulation on the suspended sediment transport from the Huanghe to the Sea. Ph.D. Thesis, Ocean University of China, pp. 12–14 (in Chinese)].     

现代黄河三角洲地区地面沉降的机理分析

利用前人在现代黄河三角洲地区进行的大量的野外调查和研究结果,对黄河三角洲地面沉降与第四系沉积体系、构造之间的对应关系进行了研究。研究结果表明现代黄河三角洲地区地面沉降除了因人类活动导致地面缓慢沉降外,新构造运动、第四系沉积相的分布也与三角洲沉降存在很好的相关性。研究区沉降区域的分布与主要断裂带相对应,软土的分布基本上控制了主沉降区的边界。研究结果可为以后三角洲的开发利用和管理以及其他三角洲地面沉降或地质灾害的监测提供必要的基础资料。     

黄河三角洲平原型水库的水质特征

黄河三角洲气候干旱、土壤矿化度高,黄河水富含泥砂和营养盐,使得该地区引黄水库水质面临富营养化和咸化的共同威胁。2001~2003年对黄河三角洲7座不同面积、不同水交换率的地上式和地下式平原型水库的非生物指标和水草分布进行了调查,结果发现:1)[Cl-],[SO42-],TH和电导率有逐渐增加的趋势,而且水的交换量越低,增高的趋势越快,但其中[SO42-]增幅度相对较小;2)水偏弱碱性,溶氧经常接近饱和或过饱和状态;3)Alk变化范围小,在矿化度不断增加的同时,水由碳酸盐型逐渐变为氯化物型;4)水草分布广泛,特别是菹草和聚草,部分水库因为水草的大量孳生导致pH过高(pH>9)。说明该地区水体的咸化趋势表现为氯离子和二价阳离子逐渐增高的趋势,该趋势在水交换量较低、水位较低(地如下式水库)、水体混合不均匀的水库表现更明显;该地区的富营养化特征主要表现为水草大量孳生,并由于有机质在水中合成的速度持续大于分解的速度,而使pH和DO持续维持在较高水平。     

Formation of Equilibrium Beach Profile of the Abandoned Yellow River Delta Coast in North Jiangsu

The abandoned Yellow River Delta coast is a typical erodible silty and muddy coast in China. The paper analyses the marine dynamic characteristics and the mechanism of beach erosion of this area. Analysis and calculation show that in this sea area wave and tidal current action should be considered. Based on the above analysis, an equilibrium beach profile calculation model is developed, in which the wave-current interaction is considered while sediment supply and sediment re-deposition are neglected. The model consists of four parts: (1) calculation of wave parameters, (2) calculation of velocity due to wave-current interaction at different water depth, (3) calculation of friction velocity and shear stress at different water depths, and (4) calculation of the amount of sediment erosion, erosion intensity and variation of beach profile. Calculated results are in good agreement with observed data. Finally, the evolution tendency is discussed and the equilibrium beach profile of this coast is calculated. B     

废黄河口海域潮流动力与悬沙输运特征

根据2006年废黄河口海域的悬沙、流速、流向的观测资料,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,对悬沙质量浓度与潮流之间的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,潮流以往复流为主,离岸越远,旋转性越强;涨潮流流向以SSE为主,落潮流流向以NNW为主.悬沙质量浓度...     

黄河三角洲地区地面沉降驱动因素研究

黄河三角洲地区地势低平、生态脆弱, 地面沉降使得海水入侵和风暴潮灾害加剧。弄清该区域地面沉降驱动因素, 对油田安全生产和湿地生态保护都有积极的意义。以20 m 地层为界, 将地面沉降驱动因素分为浅地层和深地层因素。分析了地表荷载增加、地下水和油气开采、沉积物固结压实、新构造运动等对该区地面沉降的驱动作用。此外, 探讨了海平面上升和地震灾害对该区地面沉降的影响。结果表明: 该区地面沉降驱动因素主要为沉积物固结和地下水开采, 但控制范围存在区域性差异;1969 年地震使该区产生明显地面沉降, 海平面上升使该区地面沉降形势更加严峻。     

黄河三角洲湿地生物多样性及其保护

黄河三角洲湿地是典型的滨海河口湿地,重要的鸟类栖息地、繁殖地和中转站,具有典型的原生性、脆弱性,稀有性等特征,其生物资源丰富,有各种野生动物1 543种,种子植物393种,鸟类283种,其中属国家一级重点保护鸟类有9种,属国家二级重点保护鸟类有41种.该湿地的研究和保护,可以为生物多样性保护,特别是鸟类保护提供巨大支持.黄河三角洲自然保护区的建设为湿地及其生物多样性的保护和可持续利用创造了良好的条件和平台.近年来的调查发现,三角洲区域油田开发对湿地的影响正在逐步减少,自然保护区管理局先后实施的一系列工程,使生态环境得到明显改善,区内鸟类种类和数量明显增加,黄河三角洲在湿地生物多样性保护中的地位和作用也在进一步加强.     

黄河三角洲埕北海域底质沉积物粒度特征及泥沙输运分析

通过黄河三角洲埕北海域表层沉积物的粒度资料、实测潮流数据以及50 a一遇的波浪要素,分析了埕北海域表层沉积物的分布类型以及粒度参数特征,并计算了表层沉积物的临界起动应力、日平均单宽输沙通量以及波流共同作用下的单宽推移质输沙率。结果表明:研究区表层沉积物主要是粉砂质砂、砂质粉砂、粉砂和泥四种,分选中等偏差,近对称到正偏,中等尖锐到尖锐峰态;对大潮期间埕北海域潮流底应力和表层沉积物的临界起动应力的计算说明潮流在大部分区域具有起动和输运泥沙的作用;秋季潮流作用下的日平均单宽输沙通量均值为372.32 kg/（m·d）,方向为涨潮流向。利用贝克尔（Bijker）和经典的Van Rijn公式计算出的50 a一遇的波流共同作用下单宽推移质日平均净输沙率结果近似相等。     

黄河三角洲泥质沉积区表层沉积物古菌分布特征

通过古菌16S rDNA 基因文库技术, 在黄河三角洲泥质沉积区6 个站位共获得568 个克隆, 经处理得到73 个OUTs(Operational Taxonomic Units), 在此基础上进行系统进化树以及统计学分析。结果显示, 在本次研究的6 个站位的表层沉积物中, 古菌序列均来自于泉古菌(Crenarchaeota)和广古菌(Euryarchaeota): 其中以Marine Crenarchaeotic Group I(MGI)为主, 仅含少量的Miscellaneous Crenarchaeotic Group (MCG), Marine Benthic Group B(MBGB)等其他种属。研究结果表明, 6 个不同站位的沉积物中只有5 个古菌类群, 群落分布较为均匀, 多样性不高。研究结果揭示了黄河三角洲表层沉积物中古菌横向分布特征, 并为今后在黄海区域开展古菌生态学研究提供了数据信息, 特别是在当前古菌研究主要集中在深海区域的背景下, 对相应的近海区域古菌研究具有一定的参考意义。