霍夫变换在潮位相关分析中的应用

霍夫变换是一种检测直线图像的方法,具有抗粗差和抗干扰能力强的优点。将霍夫变换引入海岸工程领域进行潮位线性相关的分析计算,通过分析不同Δρ与ρ、θ(霍夫参数)的变化关系及其稳定性来合理获取拟合直线,避免了因采用最小二乘法获得不甚合理的线性相关结果。初步应用研究表明,霍夫变换可以用来直线拟合两个相关变量均存在误差且几率相仿的情况,结果与实际情况符合良好。     

Study on the Tidal Wave System and Formation Mechanism of M2 Tide in the Taiwan Strait

To study the Taiwan Strait （TS）, an unusual sea area, the numerical model in marginal seas of China is used to simulate and analyze the tidal wave motion in the strait. The numerical modeling experiments reproduce the amphidromic system of the M2 tide in the south end of the Taiwan strait, and consequently confirm the existence of the degenerate amphidromic system. On this basis, further discussion is conducted on the M2 system and its formation mechanism. It can be concluded that the tidal waves of the TS is consisted of the progressing wave from the north entrance and the degenerate amphidromic system from the south entrance, in which the progressing wave from the north entrance dominates the tidal wave motion in the strait. Except for the convergent effect caused by the landform and boundary, the degenerate amphidromic system produced in the south of the strait is another important factor for the following phenomena： the large tidal range in the middle of the strait, the concentrative zone of co-amplitude and co-phase line in the south of the strait. The degenerate amphidromic system is mainly produced by the incident Pacific Ocean tidal wave from the Luzon strait and the action by the shoreline and landform. The position of the amphidromic point is compelled to move toward southwest until degenerating by the powerful progressing wave from the north entrance.     

风暴潮模拟中潮位对风拖曳力系数的影响研究

近年来,应用数值模型模拟台风引起的风暴潮运动越来越普遍,模型中对于风拖曳力系数的确定,一般都从相对风速出发,可引用的公式也较多,但这些公式很少考虑潮位变化对此系数的影响.在强潮河口、海岸海域,潮位变幅大,最高潮位甚至可达风速参考高度(10m)的近一半,如长江口和杭州湾.在数值模拟中不考虑风暴潮和天文潮共同引起的潮位变化,会造成风应力高潮时被低估、低潮时被高估的现象,从而影响风暴潮模拟的精度.为此本文对现有的风拖曳力系数加以改进,提出了考虑潮位影响的风拖曳力系数表达式,并应用于长江口、杭州湾9711号台风风暴潮的模拟中,增水模拟结果得到了明显改善,可进一步推广应用于强潮河口、海岸的风暴潮增水模拟中.     

珠江三角洲洪潮实时预报关键技术

基于洪潮预报的时效性和准确性要求,考虑洪水、天文潮、风暴潮等复杂因素的相互作用,建立了覆盖整个珠江三角洲网河区及口外海域的二维水动力学洪潮实时预报数值模型。模型中采用非结构有限体积法确保水量守恒,引入半隐欧拉-拉格朗日模式提高计算效率。通过嵌套南中国海潮汐风暴潮耦合模型,获取边界复合水位,同时利用回归系数法实时校正糙率系数,提高模型的预测精度。在此基础上利用Web Services、网络地理信息系统(WebGIS)等技术,对计算、演示、分析等组件进行集成,建立了基于三层B/S架构模式的珠江三角洲洪潮实时预报系统,并成功应用于"黑格比"(200814号)等台风暴潮的过程预报。     

强非线性和色散性Boussinesq方程数值模型检验

采用同位网格有限差分法,建立了强非线性和色散性Boussinesq方程数值计算模型。以稳恒波Fourier近似解给定入射波边界条件,对均匀水深深水和浅水域不同非线性的行进波、缓坡地形上深水至浅水域的浅水变形波、以及缓坡和陡坡地形上的波浪水槽实验进行了数值计算,并将计算结果与解析解、解析数值解以及实验值进行了较为详细的比较,从而检验了模型的色散性、非线性以及不同底坡下非线性波的浅水变形性能。     

波流共同作用下流速垂线分布及其影响因素分析

大量波流相互作用的实验表明,当波浪顺流传播时,平均水面附近的流速减小,而当波浪逆流传播时,平均水面附近的流速增加.为了从理论上解释这种现象,从垂向二维Navier-Stokes方程出发,推导出波浪、潮流共同作用下的水流控制方程;采用微幅波理论简化控制方程,并引入Grant-Madsen波流边界层模型,得到波流共同作用下的紊动切应力及流速垂线分布表达式.通过和实验结果及数值结果的对比,结果预测值和实测值较为吻合,表明公式能反映波高变化及涡粘系数共同对流速垂线分布的影响,且简单实用.利用该公式分析了波浪顺流、逆流流速变化的原因.     

长江口水流挟沙力公式初步研究

本文根据泥沙运动理论和水流能量平衡原理,结合水流对泥沙的作用效果并分析了现有水流挟沙力公式的适用条件,通过实测资料的整理和研究,推导得出长江口水流挟沙力公式.结果表明,河口半潮平均挟沙力应考虑水流对悬移质的输送和对床沙中悬移质的上浮,同时还应考虑河口其它动力因素(如风、波浪等)及其各类动力过程的非线性作用效应对水流挟沙力的贡献.本文提出的公式从泥沙输运及悬浮的角度去分析河口水流挟沙力,从而有利于河口冲淤特性的分析研究.对长江口而言,洪季水流对泥沙的输运作用大于悬浮作用,落淤的可能性大于冲刷;而枯季水流对泥沙的作用则以悬浮为主,冲刷的可能性大于落淤,从另一侧面解释了长江口"洪淤枯冲"的现象.     

On the Fifth-Order Stokes Solution for Steady Water Waves

This paper presents a universal fifth-order Stokes solution for steady water waves on the basis of potential theory. It uses a global perturbation parameter, considers a depth uniform current, and thus admits the flexibilities on the definition of the perturbation parameter and on the determination of the wave celerity. The universal solution can be extended to that of Chappelear (1961), confirming the correctness for the universal theory. Furthermore, a particular fifth-order solution is obtained where the wave steepness is used as the perturbation parameter. The applicable range of this solution in shallow depth is analyzed. Comparisons with the Fourier approximated results and with the experimental measurements show that the solution is fairly suited to waves with the Ursell number not exceeding 46.7.     

水库对海岸带海水入侵影响的数值模拟研究

修建海岸水库是满足滨海地区淡水资源的保障的一个重要方式,为了进一步分析海岸水库的建立对滨海含水层的海水入侵的影响,采用SUTRA(saturated-unsaturatedtransport)模型建立具有代表性的二维海岸模型开展定量和定性研究,结果表明:潮汐作用抑制底层盐水楔的入侵,加快海陆物质交换;实例中计算表明建坝后,海岸水库坝体的建立加剧了海水入侵;水库水位在平均海平面以下时,潮汐动力因素占主导,海水入侵严重且随着水位抬高,海水入侵程度基本保持不变,应注意海水入侵的防治;库区水位在平均海平面以上时,海水入侵程度随着库区水位的抬高而减少,可以调节水库水位进行滨海含水层的海水入侵的防控;海岸水库在建设中存在一个控制水位,当水库水位在控制水位以上,库区水体盐度和含水层淡水储量能得到保证;库区高水位时内陆物质运移时间较长,运移区域较广,氮类污染物易在库底含水层堆积,需重视含水层的地下水污染防治。     

近海区域二阶紊流封闭模型的比较研究

将雷诺应力方程不同封闭方式归结为稳定函数的差异,并以此作为区分标准,总结了6种国内外采用过的稳定函数并以统一的形式列出,分析不同紊流模型稳定函数的分布和影响因素,并且通过实验资料进行了比较分析,发现(1)2000年后提出的3种稳定函数得到的临界理查德森数大于2000年前的3种,更符合实际情况,这与其在压强应变相关项和浮力相关项中增加了旋转效应和重分布效应有关;(2)尽管这3种模型考虑的因素更加全面,但在某些特定场合下,如边界层,与实验的吻合程度反不如前3种较早的稳定函数,反映了封闭模型本身存在的缺陷。最后,提出了二阶紊流封闭模型还待解决的问题。