刚性植被对沿坡运动泥沙异重流动力及湍流特性的影响

开展一系列开闸式斜坡泥沙异重流水槽实验,采用高速相机记录异重流发展过程,并利用声学多普勒流速仪(acoustic doppler velocimeter,ADV)获取泥沙异重流的速度、浓度及湍流结构,探究刚性植被对异重流运动特性的影响.实验结果表明:随着植被高度的增大,泥沙异重流的头部与尾部发生分离,且植被高度对异重流...     

大连海域近海面湍流结构及谱特征

利用黄海北部大连海域2009年10月—11月的近海面大气湍流观测资料,对湍流强度、方差相似关系、风速与温度分量谱及湍流通量协谱等进行了分析。结果表明:该海域在海风环境下湍流强度随着风速的增大逐渐减小,且强度均小于0.5;湍流方差相似关系基本上满足1/3定律,近中性环境下无量纲化三维风速方差主要受海滨地形的影响;各速度分量谱在惯性副区符合理论上的-2/3次幂规律,不稳定条件下由于湿度因素的影响,温度谱谱线在高频部分收缩较差,略有上翘;动量谱在惯性副区更接近-2/3幂率,感热谱在惯性区基本符合-4/3的分布,但是谱线分布与稳定度没有明显的规律性。     

Rainfall effect on wind waves and the turbulence beneath air-sea interface

Rainfall effects on wind waves and turbulence are investigated through the laboratory experiments in a large wind-wave tank. It is found that the wind waves are damped as a whole at low wind speeds, but are enhanced at high wind speeds. This dual effect of rain on the wind waves increases with the increase of rain rate, while the influence of rainfall-area length is not observable. At the low wind speed, the corresponding turbulence in terms of the turbulent kinetic energy （TKE） dissipation rate is significantly enhanced by rain- fall as the waves are damped severely. At the high wind speed, the augment of the TKE dissipation rate is suppressed while the wind waves are enhanced simultaneously. In the field, however, rainfall usually hin- ders the development of waves. In order to explain this contradiction of rainfall effect on waves, a possibility about energy transfer from turbulence to waves in case of the spectral peak of waves overlapping the inertial subrange of turbulence is assumed. It can be applied to interpret the damping phenomenon of gas trans- fer velocity in the laboratory experiments, and the variation of the TKE dissipation rates near sea surface compared with the law of wall.     

南汇近岸水域近底层泥沙运动和边滩沉积

根据长江口南汇近岸水域17个站的水文泥沙同步观测资料,阐述了该水域近底层泥沙的流速、悬沙浓度的分布和变化。经无量纲潮流动力值的计算表明,研究区存在一个包络南汇边滩先向东南继而向南延伸的舌状高能量区,与高悬沙浓度分布区相一致。通过对悬沙运动和涨、落潮周期流向的分析,揭示了长江口向杭州湾底层泥沙输移的规律,其底层泥沙输移主要集中在低潮位时段,输移时间约占潮周期的36%,其中以南汇边滩向杭州湾输移的时间为最长,大、小潮都在5h以上,与其相关联,在芦潮港水域下层存在着一股东西向的高悬沙浓度的水体。据盐度、潮流、悬沙浓度等要素,并结合絮凝沉降分析得出,南汇边滩的沉积强度是潮滩>潮下带>深水区;边滩舌尖前缘水域的泥沙沉积时间与水体出现向东偏南或向西流的时间一致,这可视为近年来南汇水下沙嘴向东偏南伸展的原因之一。     

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。     

不同水力坡度对丁坝近区水流的影响

采用超声水位和PIV流速测量技术,对不同水力坡度下非淹没丁坝近区的水流结构进行了试验研究。结果表明,随着水力坡度的降低,在坝头处,紊动强度较大的区域逐渐向主流区及上游扩散;在坝后,跌水最低点逐渐下移,漩涡中心向丁坝侧边壁靠近。回流区长度与宽度的变化和水力坡度的变化无明显对应关系,但坝头近壁区的流速与坝后回流区的长度及宽度存在高度响应的线性关系。研究成果揭示了丁坝在不同水力坡度下调整水流结构的机理,同时对各家测量得到的回流区长度不等有了较明确的答案,为工程中丁坝的设计及河道岸线的规划提供了科学依据。     

小清河口附近海域泥沙运动特征及风场对泥沙输运的影响

根据对莱州湾内小清河口附近海域的海流、含沙量、底质类型分布的观测资料,并结合数值模型的计算结果,分析了该海域的泥沙输运趋势及底床冲淤变化情况。从整个海区来看,含沙量总体趋势为由岸向海逐渐增大,并呈现出北高南低的分布特点,在小清河入海口东北方向海域有一含沙量高值区;底质泥沙的分布沿纵向等深线显示了自岸向海由粗到细的分布规律,沿横向呈北细南粗的特征;浅滩泥沙局部搬运是泥沙淤积的主要来源,河口北侧海域有一较大侵蚀区,淤积区主要分布在河槽以南的滩涂和近岸区域,风场对该海域泥沙输运影响非常显著,小清河河口附近区域在一般天气下海水较清,如遇海向大风,则水体浑黄,但风后悬沙很快沉降,水体又变清。利用数值计算的方法研究了风场对该海域的影响,其影响大约是无风时平均值的10倍。     

2008年加拿大海盆次表层暖水的精细结构的研究

自2004年以来,在加拿大海盆频繁发生的次表层暖水(near surface temperature maximum,NSTM)现象是北极快速变化响应的事实之一.采用2008年中国第3次北极科学考察的CTD数据和西北冰洋联合研究计划与美国波弗特环流观测系统计划2008年航次的CTD数据以及冰浮标ITP18数据,对加拿大...     

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。     

北部湾防城港东湾白骨壤潮滩近底层动力响应台风作用的耗散过程

揭示极端天气影响的红树林潮滩潮流能量耗散过程是理解生物海岸演变及滨海湿地生态修复工程的核心内容。以北部湾防城港东湾白骨壤红树林潮滩为例,基于声学多普勒流速仪（ADV）获取区域2020年8月连续6天的水动力和白骨壤红树林下垫面植被实测数据,分析白骨壤潮滩近底层动力响应台风“森拉克”的耗散过程。结果表明：1）正常天气涨、落潮期间,自光滩到白骨壤红树林林内近底层湍流动能变化具有潮汐不对称性特征。涨潮期间光滩—白骨壤红树林边缘、白骨壤红树林边缘—林内潮流挟沙能量分别通过泥沙沉降以及搬运泥沙两种方式沿程消耗,落潮期间潮流挟沙能量主要以泥沙净沉降的方式消耗。2）白骨壤通过其潮滩表层向上发育长约10 cm的呼吸根以降低湍流垂向紊动;红树林边缘的枝、叶通过影响水平方向上的水流动力,致使潮流挟沙能耗降低。3）与正常天气比较,台风“森拉克”期间东湾自光滩到白骨壤红树林林内近底层水体流速无明显变化,但流向偏转幅度明显变大。同时湍流动能的耗散率和用以搬运泥沙为主的潮流挟沙能耗亦均增大。