渤海悬浮颗粒物的三维输运模式 I.模式

为了长时间,大范围研究渤海中悬浮物的输运规律,研究应用并改造了备国汉堡大学的粒子追踪悬浮物输运的三维模式,模式中考虑了风、气压等气象要素以外海传入的潮波作用下的三维正压海流对悬浮颗粒物的输运．同时考虑了悬浮颗粒物的学降及再悬浮机制和底质中的细颗粒物的运动,将风浪的作用引入了悬浮物输运的计算,数值模式应用的粒五追踪方法,能较好地反映悬浮物浓度的迅速变化。     

潮致泥沙全沙净输运解析模式

泥沙运动作为水流和底床相互作用的纽带,是河流、河口及海岸工程研究的重要内容。在潮波作用明显的河口、海岸地区,周期性的动力作用下的泥沙运动具有往复和可逆的特征,因此研究这类水域的泥沙的净输运更具有实际的意义。基于泥沙输运和流速呈指数关系假设,建立潮流环境下的泥沙全沙净输运的解析解公式,并对该公式的计算结果和数值计算以及数学模型的结果进行了检验和验证,结果表明本研究提出的公式能较好地反应潮流环境下的泥沙净输运。由此,基于本公式采用潮流分潮调和常数可计算得到全沙净输运,并可以分析各分潮流及其相互作用与泥沙净输运的关系。研究结果显示,在受径流影响较大的半日潮河口,S2、MS4、M2三潮相互作用对全沙净输运的贡献显著高于通常的潮流不对称作用,即M2、M4的相互作用。此外,河口区域径流导致的余流对泥沙净输运的贡献不可忽略,特别是在洪季,大径流量条件下往往导致余流较大,其对泥沙净输运的贡献所占比例较大。     

热液系统流体输运—化学反应耦合动力学综述

输运－反应模式通过边疆质量守恒议程进行描述，它表示为主要组分的Ｎ＋Ｍ个耦合的非线性偏微分方程。这些方程可能通过有限差分或有限元等数值方法进行求解。利用准静态近似法，涉及平流、分子扩散和水动力弥散作用的地球化学系统的演化在时间上通过一系列静止状态模拟出来。模拟实际地质系统的动力学实验对输运－反应耦合动力学的应用具有十分重要的影响。     

潮汐强度与咸潮上溯距离试验

采用物理模型实验方法对不同潮差驱动下咸水入侵距离进行实验研究,结果表明存在潮差临界值使得咸水入侵距离最短,当潮差小于该临界值,咸水入侵距离随潮差增大呈快速减小趋势,而大于该临界值则呈缓慢增大趋势。基于实验数据对盐淡水混合进行理论分析,揭示了实验现象的产生机制:①潮差增大过程中盐淡水混合由高度分层变为均匀混合,导致驱动咸潮入侵的动力发生了改变;②当盐淡水为弱混合类型,盐淡水高度分层,重力环流输运是盐进入河口的主要方式,潮汐强度增大减小了盐淡水分层,减弱了重力环流的输运作用,因此入侵距离变小;③当盐淡水为强混合类型,盐淡水混合均匀,重力环流输运作用大大减弱,潮汐扩散成为主要的输运方式,潮汐增强使得扩散能力增大,因此潮汐强度越大,咸潮入侵距离越大。     

渤海环流与输运季节变化的数值模拟

渤海的风和温度层结有明显的季节变化，因而其环流与输运亦有明显的季节信号，以季节平均的海面气象条件和开边界的潮波系统驱动三维斜压水动力模型-HAMSOM，模拟了渤海冬、夏了的总环流，渤海环流冬强夏弱，表层风漂流常被下层逆风流所补偿，深度平均环流，即水柱内的输运，流型有显著的季节变化；冬季在渤海中部沿逆时针方向旋转，辽东湾项有一个顺时针流涡，阻碍了湾顶水与外海水的交换；夏季则为一个大的贴岸的顺时针流环，内嵌许多局地涡旋，这些与渤黄东海海洋水文图集中给出的多年观测的环流基本相同，同时也被水文要素分布及耐盐浮游动物的出现所佐证。风的季节变化决定了渤海大部分海区、特别是海峡附近环流的季节变化，但辽东湾东岸众多的岬角涡旋却不随季节变化，因为它们是由潮波系统与岬角岸型变化的非线性相互作用产生的。     

洞庭湖泥沙淤积数值模拟模式

在确保沙量守恒的非恒定流、非均匀沙的二维水沙数学模型的基础上,通过洞庭湖水沙输运和河床变形计算实践,比较了两种冲泻质与床沙质的转化模式,提出了包括冲泻质在内的泥沙淤积模式和水沙动边界计算模式.从洞庭湖泥沙输运和河床变形计算的结果看,洞庭湖泥沙淤积数值模式具有较好的稳定性和较高的模拟精度,说明所建湖泊泥沙模型的良好性能和具有推广运用的前景.     

大型海底、海岸和沙漠沙丘的形态和迁移特征

海底、海岸和沙漠沙丘的迁移与其波高、波长等形态参数有关。对一些代表性大型沙丘的分析表明,海底、海岸和沙漠沙丘的形态特征存在着较大的差异,在相同波长条件下,海底沙丘波高最小,海岸沙丘波高次之,沙漠沙丘波高最大。其原因主要是流体厚度的差异,其次是物质供给条件的不同:浅海地区的水深限制了沙丘向上生长,而陆地气流厚度较大,给沙丘的向上生长提供了较大的空间;沙漠环境的沉积物供给远大于海岸环境,因而导致沙丘高度的差异。沙丘形态参数经常偏离统计的波长 波高曲线,数值实验结果显示,这与推移质输运率有关。推移质输运率的沿程变化可以使形态参数系统性地偏离波长 波高曲线;推移质输运率的沿程突变可使沙丘迁移受阻,造成沉积物的垂向堆积,形成超高的沙丘。由于大型沙丘的迁移特征受控于推移质输运率和沙丘高度,因此可以通过波高设计来计算迁移距离 历时曲线,进而控制沙丘迁移动态。文中给出了一个获取迁移距离 历时曲线的算例。设计波高可通过人工篱笆、隔挡墙、沟渠、表面护层等措施而实现。     

闽江口及周边海域沉积物输运及资源效应

河流入海泥沙的大部分主要分布在河口、三角洲及近岸陆架地区,发育一系列的粗颗粒沉积体系,是海砂资源重要分布区。本文以福建闽江口为研究对象,初步探讨了沉积物输运过程及海砂资源的形成机制。观测结果表明,闽江河口水体盐度由河口内部向口外海域逐渐增大,水体浊度总体减小;闽江河口附近海域近底部(距离海底25cm)流向表现出一定的旋转流特征,潮周期内余流表现为向海输运,而推移质输运主要发生在涨潮期间,并且潮周期内净向陆输运。表层沉积物粒度分析结果表明,闽江河口水下三角洲前缘表层沉积物主要由粗颗粒物质组成,沉积物类型以砂和砂质粉砂为主,中值粒径小于4Φ;前三角洲地区表层沉积物主要由细颗粒物质组成,中值粒径介于4Φ—6Φ之间。沉积物粒径趋势分析结果表明,闽江入海泥沙经梅花水道和长门水道入海后,在盐淡水混合、径流、潮流的作用下,在闽江河口形成了四个粗颗粒沉积物汇聚区,成为闽江口地区海砂资源的重要分布区;而细颗粒物质在河口羽流和潮流的作用下向偏东方向输运,形成了以黏土质粉砂为主的前三角洲。     

东海内陆架表层沉积物粒度及其净输运模式

根据对东海内陆架海底沉积物的粒度测试,运用Gao-Collins"粒度趋势分析"方法,探讨了东海内陆架海底表层沉积物的粒度分布特征和净输运趋势。结果表明,研究区表层沉积物可以分为两类:细颗粒(>5Φ)和粗颗粒(<5Φ);细颗粒分布于研究区的大部分区域,而粗颗粒主要分布在闽江、瓯江等入海河流口门以及马祖等海岛附近;表层沉积物的平均粒径、分选系数、偏态等粒度参数对应性较好,总体特征为粒径越粗,分选越差,偏态更正偏,而粒径越细,分选越好,偏态也较低;粒径趋势分析显示东海陆架表层沉积物的运移模式总体为NE—WS方向运移,而研究区边缘在运移过程中发生向左右两侧的偏移,南部闽江河口区沉积物由近岸向海方向辐射运移,研究区表层沉积物的净输运模式主要受控于流系和地形等多种因素。     

珠江口洪季最大浑浊带的大小潮变化与机制分析*

基于ROMS三维模型, 模拟了珠江口洪季最大浑浊带的轴、侧向分布和大、小潮变化。模拟结果表明, 珠江口伶仃洋最大浑浊带的轴向位置在22.3°—22.45°N之间, 并随着潮流变化而周期性上下游迁移。控制最大浑浊带形成的主要因素是余流作用下的底层泥沙辐聚, 决定最大浑浊带位置的主要因素是水平对流输沙, 泥沙来源主要是上游浅滩沉积物的再悬浮。小潮期间堆积在浅滩的细颗粒沉积物在大潮期间被悬浮, 搬运到下游的滞流点位置, 在中滩南部和西滩外缘落淤。“潮泵”作用在大潮期间将泥沙向下游输运, 在小潮期间向上游输运; 垂向剪切作用则有利于悬浮泥沙的陆向输运; 二者共同作用产生泥沙辐聚, 形成最大浑浊带。大、小潮期间余流结构差异不大, 主要由密度差和潮汐混合不对称共同导致, 其中前者贡献更大。