基于自组织机制理论的滩角地形数值模拟

一般认为滩角是近岸带泥沙、水动力和地形耦合作用的产物,对近岸带特别是碎波带和冲流带的动力变化响应迅速,还可以反映海滩状态,但具体的成因一直得不到很好的解释.首先详细介绍了关于滩角成因的争论以及自组织机制理论,其中驻立边缘波假说和自组织机制假说是最为认同的两种滩角成因假说.基于WERNER(1993)提出的滩角形成的自组织机制假说,建立包含冲流动力、泥沙输运和地形演变的滩角形成和发育的元胞自动机模型.模型中修正了以前研究中的坡度参数表达式和水动力输入方式.经过200个冲流循环的数值模拟,原来平直的滩面上形成了明显的滩角形态,滩角间距约为5.5～6.0 m,520个循环周期后,滩角形态基本上达到稳定状态.对模拟过程进行分析,结果表明:(1)模拟得到的滩角形态比先前的研究结果更接近天然状态下的滩角;(2)随机的水质点冲流运动使海滩地形呈无规律变化,但通过动力、泥沙、地形之间的反馈过程逐渐形成了滩角地形;(3)滩角形成过程中,海滩基本上处于堆积过程中.开始堆积速度较快,当滩角形态达到准平衡状态时(大约300个循环后),海滩体积增速变慢,并逐渐地达到稳定状态,海滩体积变化呈现小的波动调整;(4)模拟得到的有效冲流距离(S)和滩角间距(λ),满足滩角自组织机制假说的基本关系.因此,可以认为滩角是在海滩泥沙、地形与波、流的自组织过程中形成的,是一种堆积地形.自组织理论为从不同的侧面认识和研究海岸带现象与过程提供一扇窗口,是一个值得研究的方向.     

粤西水东湾动力沉积环境分析

对粤西水东湾海底表层122个沉积物样品运用经验正交函数分解与沉积粒度参数等计算分析,提取的4个主要特征函数共占样品粒级分布总方差的96.4%,4个函数分别代表了极细砂、细砂、中砂和粗砂在近岸区的分布特征,其与沉积物样品粒度质量百分比分布符合良好。滨面坡沉积物主要由砂粒级物质组成,粒级参数MdΦ、QdΦ和SkΦ具有从海向岸、自东南向西北变化的总趋势。落潮三角洲沉积物较其邻近滨面斜坡有所粗化,分选从中部向两侧变好。海湾沉积物分布特征表明:①潮汐通道深槽受以落潮为主的涨落潮双向水流的往复分选;②落潮三角洲主要受波浪和海流冲刷分选;③上滨面受波浪变形破碎的扰动作用;④下滨面是动荡的近海水区,波浪对底质扰动小。     

近岸过程与海岸侵蚀机制研究进展

首先简单介绍了砂质海岸近岸地形动力过程的时空多尺度特征及其复杂性,海岸系统相互依存的3个方面和近岸带地形动力基本特征;进而从5个方面论述了国内外对砂质海岸侵蚀地形动力过程与机制研究的进展:1)长重力波运动与海岸侵蚀;2)近岸环流、波增水、底流运动与岸滩侵蚀;3)海滩-碎波带地形动力状态与岸滩侵蚀方式;4)波生沿岸流、沿岸输沙与海岸长期变化;5)海岸侵蚀终极平衡形态规律。最后概括了未来需优先探索的地形动力学问题和研究策略。     

两种滩角成因假说的实证分析

驻立边缘波假说和自组织机制假说是最为广泛接受的两种解释滩角成因的假说.基于在粤东后江湾实测的碎波带动力要素和滩角数据,对这两种假说的有效性进行了分析.结果表明这两种假说都能比较有效地解释滩角的成因,但都存在显著的缺点.认为更加系统、高密度和高精度的观测是下一步研究的方向.     

粤东后江湾岸线演变模拟

以粤东后江湾出海航道两侧拟建防波堤为工程背景,应用海岸动力学原理,建立了海岸演变的一线模型。模型考虑波浪的绕射,考虑了沿岸波高不等所引起的沿岸输沙。通过实际岸线与模拟岸线的对比分析,论证了该模型是成功的。应用该模型对粤东后江湾修筑拦沙堤后的岸线演变进行预报,其结果表明,在海湾两岬角处海滩侵蚀,湾顶堤头处海滩淤积。东北岸段拦沙堤处海滩的淤积速率为5～6m/a,西南岸段为4～5m/a。     

岬间海湾平面平衡形态研究进展

岬间海湾平面平衡形态规律的研究是砂质海岸稳定与演变研究的重要内容.简要回顾了岬间海湾平面形态规律的研究进展,着重介绍了研究海湾平衡形态的五个模型.通过评述平衡形态模型的优缺点,指出机理分析和经验拟合相结合应该为以后海湾平面平衡形态规律的研究发展方向,并论述了我国岬间砂质海湾平面平衡形态研究的重要意义.     

近岸带波高与周期分布的核密度估计

使用双变量核密度估计方法描述近岸带波高和周期联合概率密度分布与波高、周期边缘密度分布。结果表明,核密度估计方法比通常使用的参数模式能更好地显示出具有多峰的波要素统计结构,核密度估计的波周期带宽系数能反映波浪谱的某些信息,尤其以波周期带宽和谱宽参量具有良好的线性关系。     

粤西水东弧形海岸海滩剖面的地貌状态

对粤西水东弧形海岸长时段重复测量海滩剖面的因子分析说明了各特征岸段剖面的主要地貌状态。频域分析反映了各岸段海滩体积的月周振动峰值和对波能的响应特征。实测海滩剖面波动过程的计算则指示了当前各剖面的蚀积状态。     

岬间海湾滨面带波浪结构和外观统计特征

对中等波能条件下收集的粤东两个岬间海湾滨面带4个站点的波浪数据作了滨面带波面、波包和长重力波的基本特征的分析，得到如下主要结果：（1）滨面带波谱由多峰频构成，从海向岸波高增大，波周期减小，谱宽度加大，谱尖度减小；（2）入射波群性较强，表征入射波群性的相对均方根群高与谱宽度无关；（3）长波振幅与波浪能量增大，其形成主要与组成波间的非线性相互作用有关。     

基于非对称Archimedean Copula的三变量洪水风险评估

分析洪峰、洪量和历时三变量联合分布与风险概率及其设计分位数,为水利工程规划设计和风险评估提供参考依据。以珠江流域西江高要站52年洪水数据为例,采用非对称阿基米德M6 Copula函数与Kendall分布函数计算三变量洪水联合分布的“或”重现期、“且”重现期和二次重现期及其最可能的设计分位数。结果表明:“或”重现期的风险率偏高,“且”重现期的风险率偏低,二次重现期更准确地反映了特定设计频率情况下三变量洪水要素遭遇的风险率;按三变量“或”重现期或三变量同频率设计值推算的洪水设计值偏高,以最大可能概率推算的三变量洪水要素的二次重现期设计值可为防洪工程安全与风险管理提供新的选择。