潮流和径流作用下大沽河河口区水动力特性研究

基于Mike21软件,建立了潮流和径流作用下大沽河河口区水动力数学模型。利用数学模型,对纯潮流作用下的潮位、潮流进行了模拟,并与实测资料进行了验证;在此基础上,对大潮期间不同径流作用下的潮位、潮流进行预测分析。结果表明:随着径流量增加,潮位相应增加,潮差相应减小。高潮位时,径流量对潮差的影响较小。低潮位时,径流量对潮差的影响较大。随着径流量的增加,涨潮历时缩短,落潮历时增加,涨落潮历时比值降低;涨潮流速则变小,落潮流速增加;流向整体趋势变化不大。平水期径流条件下,涨急和落急时刻径流影响范围分别为65.5和120.2km2;丰水期径流条件下,涨急和落急时刻径流影响范围分别为144.9和165.0km2。     

长江口北支异常强盐水入侵观测与分析

长江口北支由于径流分流比很小,盐水入侵较强,特别是枯季大潮期盐水甚至倒灌进入南支,影响上海市和江苏省的水源地水质。为了进一步研究北支盐水入侵的规律及影响因素,2014年1月1-9日在北支进行了大小潮同步水文观测。本次观测到了北支异常强盐水入侵:小潮期发生强盐水入侵,且强度大于大潮期。小潮期强盐水入侵导致中下游河段被高浓度盐水控制,盐度从下游B01到中游B02几乎没有变化,且盐度的涨落潮变化几乎消失。分析认为,小潮观测期间长江入河口流量较小、河口潮差不是太小,加上强偏北风,三者的叠加是导致强盐水入侵的主要原因。     

长江分汊河口涨、落潮悬沙不对称特征及季节性差异

入海河口由于径流的存在以及河口地貌形态的影响，存在涨、落潮水动力、悬沙以及盐度分布等不对称现象，同时这一不对称现象还存在显著的区域性和季节性差异。根据2013年7月和2014年1月洪、枯季长江口定点准同步水文泥沙调查结果，发现长江口分汊型河槽悬沙浓度在时间上存在洪枯季、大小潮不对称特征，在空间上存在东西向沿程分布、南北向横向分布以及垂向上表底层分布不对称特征。河势演变形成南、北支河口涨、落潮悬沙浓度不对称分布的整体格局；洪、枯季变化影响河口涨、落潮悬沙分布的再分配过程；大潮涨、落潮过程对悬沙分布不对称影响显著大于小潮；季节性风浪作用影响河口最大浑浊带涨、落潮悬沙不对称南北差异；底部高含沙浓度对口门段涨、落潮悬沙不对称性贡献显著。     

珠江河口磨刀门水道枯季盐水入侵特性分析

为探讨磨刀门水道潮流和盐度的三维分布特性,本文建立了磨刀门水道的三维潮流和盐度数值模型,采用2009年枯季磨刀门水道实测潮流和盐度资料对模型参数进行率定和验证。结果显示,枯季由于上游径流量小,磨刀门水道总体涨、落潮流速都不大,表层总体涨潮平均流速都在0.5 m/s以内,总体落潮平均流速在0.8 m/s以内;底层总体涨落潮平均流速都在0.5 m/s以内;从盐度的平面分布来看,磨刀门水道近口门河段总体呈现涨潮时水道东侧盐度高于西侧,落潮时东侧盐度小于西侧的趋势。大潮和中潮期间,落潮时盐水向上游的入侵距离反而较涨潮时更远,主要原因是,落潮时的底层盐水向上游的补偿流动以及地形阻拦形成更为强烈的紊动扩散。潮汐动力弱(小潮)时,整个水道内水流流速很小,流态平缓,紊动较弱,总体仍呈现涨潮时入侵距离大于落潮,显示枯季磨刀门水道盐水入侵的主要影响因素取决于地形和潮动力。     

长江口南港水道潮流特征分析

根据１９９６年长江口南港水道枯、丰水期（１月、７月）大、中、小潮两次各２６ｈ以上的全潮水文实测资料,统计分析了实测流的特征和潮流类型、运动形式、潮流垂直变化、余流、Ｍ２分潮流及分潮流对涨、落潮流不等的影响。     

泉州湾潮流场的数值模拟研究

本文建立了水深平均的二维潮流数学模型,并利用该模型对泉州湾潮流运动进行了数值模拟研究,模拟的潮位过程、流速与流向均与实测值吻合良好。模拟结果演示了湾口至湾顶潮差逐渐增大、潮位滞后、涨落潮历时变化的特性以及湾内的流速、流态分布特征,表明了湾内潮流为正规半日潮,主航道内流速大于周边地区,潮流较强区域位于鞋沙南北潮沟,南槽流速大于北槽,口门内潮流具有明显的往复流特性,口门外潮流具有一定的旋转流性质。     

黄河口门位置及入海径流变化对莱州湾盐度分布的影响

2020年黄河丰水期入海径流量是往年平均值的2倍以上,必然会引起河口水动力和盐度分布的动态变化。本作者基于有限体积海岸海洋模型(Finite Volume Community Ocean Model,FVCOM),模拟2020年黄河冲淡水在丰水期和枯水期的扩散情况,研究黄河口以及莱州湾海域的盐度分布状况变化,以及径流量变化和口门变迁对黄河冲淡水扩散的影响,模型结果与观测结果吻合较好。模拟结果表明,黄河口西北侧潮流沿岸线方向,随着涨落潮呈西北-东南向往复;黄河口以南包括莱州湾的潮流均随着涨落潮呈东北-西南方向往复。高流速区域主要集中在黄河口和莱州湾北部,在0.5 m/s以上。在余流作用下,大量的黄河冲淡水会涌入莱州湾,丰水期时27psu等盐线包络面积占到整个莱州湾的1/4左右。径流量和风的变化主要影响羽流的扩散面积,而口门的变迁会改变其扩散方向。黄河冲淡水经北向口门入海主要影响莱州湾区域,经东向口门入海更多地会向北扩散。通过对2020年黄河口及莱州湾海域盐度分布的分析,为黄河入海径流管理及莱州湾渔业资源保护提供科学参考。     

舟山本岛南部附近海域潮汐潮流特征分析

文章基于沈家门长期潮位站、长峙岛临时潮位站的观测资料和对舟山本岛南部海域多个站位实测的潮流基础数据,采用调和分析法对潮汐潮流进行特征分析。舟山本岛南部附近海域潮汐类型属于规则半日潮,潮差变化和日不等现象明显,有一定的潮汐浅海作用。潮流类型属于以往复流为主的规则半日浅海潮流,实测潮流中涨落潮流速不等、历时不等现象显著,最大流速、平均流速均是大潮大于小潮,涨潮流历时长于落潮流历时,潮流变化主要受协振波所控制,流向在涨落潮方向波动。     

基于三维调和分离的同安湾口门断面冬季潮流和余流特征的分析

利用同安湾口门断面走航ADCP观测数据,采用基于高斯基函数的Candela空间插值方法,对海流进行空间三维的调和分离,并对分离的各分潮流与余流进行流场的回归检验分析,F(α=0.01)检验显示流场的回归效果显著.观测期间同安湾口门断面平均潮差为5.15 m,最小潮差4.38m,最大潮差5.98 m,断面上涨落潮最大流速分别为92.3、80.3 cm/s,潮流特征分析表明,同安湾口门断面的潮流运动形式为往复流,以半日潮流为主,约占70%潮流信息,潮流流速从海表面向海底递减.余流最大值为12.5 cm/s,空间分布上将同安湾口门断面一分为二形成北进南出的余流进出通道,这与以往余流格局的认识相符.     

丁字湾近岸海域潮汐、潮流和余流特征研究

利用丁字湾近岸海域2021年的最新观测资料,研究了潮汐、潮流和余流的基本特征和变化规律。得出如下结论：潮汐为正规半日潮,最大潮差405 cm,最小潮差69 cm,平均潮差248 cm,涨潮历时小于落潮历时。潮流为规则半日浅海潮流,最大涨潮流流速为67 cm/s,最大落潮流流速为72 cm/s。涨潮流历时小于落潮流历时。垂向来看,表层流速最大,中层次之,底层最小。海流的旋转谱分析的结果显示M₂分潮的谱峰值最高,运动形式为逆时针旋转流。余流,整体余流流速小于10 cm/s,表层余流最大,中层次之,底层最小。观测期间,长周期的风向和余流流向相反,因此风不是余流的控制因素。     

近期长江河口南汇南滩水域水沙变化特征

基于南汇南滩水域2011年12月和2012年6月洪、枯季大潮的现场水文观测资料及2003年2月枯季大潮、2004年9月洪季大潮的历史观测资料,分析潮流历时、流速、优势流和含沙量等水沙现状和变化特征,探讨近年来该水域水沙变化的主要影响因素。结果表明:(1)目前,南汇南滩水域洪季大潮落潮流占主导优势,枯季大潮涨潮流占主导优势;(2)东海大桥及其周边促淤围垦工程后,洪季大潮落潮优势增强,涨潮垂线平均含沙量减少,落潮垂线平均含沙量增多;枯季大潮落潮优势减弱,涨、落潮垂线平均含沙量均减少;(3)近岸工程建设是南汇南滩水域洪季落潮优势增强、枯季落潮优势减弱的主要影响因素;涨、落潮垂线平均含沙量的变化主要与工程建设、流域来沙量减少、近岸沙体变迁等作用有关。可为河口河槽治理提供理论依据。     

珠江磨刀门河口环流结构动力特征分析

河口环流结构关系到物质输运、泥沙沉积和地貌变化等物理过程。根据2019年磨刀门河口原型观测平台洪枯季连续观测分层潮流资料,统计洪枯季、大小潮河口东、西汊的涨落潮流及历时变化特征,利用理论方法解析河口东西汊平面环流和重力环流结构,进一步引入混合参数研究河口纵向环流中的潮汐应变环流。研究发现枯季东、西汊在转潮时刻存在东涨西落的平面环流结构,洪季平面环流特征较不明显;枯季重力环流强度整体略大于洪季,西汊重力环流强于东汊,表层向海环流流速可达0.2～0.25 m/s,而底层向陆环流流速相对较小。洪季大潮期由潮不对称性驱动的潮汐应变环流相对较大,进而增强了纵向环流的强度。河口垂向余流结构同样表现洪枯季、大小潮的变化规律。洪季余流整体较大,西汊在小潮期表层余流流速超过0.6 m/s,而东汊余流则明显呈现表层向海、底层向陆的分布特征,枯季余流整体较小,表明其对物质输运和河口地形塑造作用较弱。     

长江口北支悬沙浓度及输移的时空变化

本文基于4次洪枯季同步水文观测资料,着重分析了长江口北支悬沙浓度的潮周期变化、垂向分布、纵向分布和悬沙输移及其时空差异。研究结果显示,悬沙浓度的潮周期变化过程在大中潮期以M型(双峰型)为主,下段主槽内在大潮期多出现V型,上段在枯季可出现涨潮单峰型;小潮期可出现无峰、单峰或双峰型。涨、落潮悬沙浓度峰值及均值,在枯季多涨潮大于落潮,洪季中小潮特别是小潮期易出现落潮大于涨潮;下段主槽内在大潮期易出现落潮大于涨潮。悬沙浓度的垂向分布及其变化特点,在大中潮期与悬沙的潮周期变化型式有关,其中M型存在显著的洪枯季差异。纵向上,最高悬沙浓度在枯季出现于中段灵甸港至三和港之间及附近河段,洪季则在下段三条港附近。潮周期悬沙净输移,枯季大多向陆特别是大中潮期,洪季中上段大多向海,下段大潮期多向陆、中小潮易出现向海;下段主槽内在大潮期易出现向海。     

长江河口北槽弯道横向次生流、混合与层化

2013年2月25至26日(枯季/大潮)、7月23至24日(洪季/大潮)分别在长江河口北槽弯道沿着3条横向测线CS6、CSW和CS3(每条测线上有北、中、南3个站位)测得水位、流速、盐度和含沙量的时间序列资料。通过这些资料的定量计算、分析,理解弯道横向次生流、混合与层化的时、空变化和各种物理机制及其相对重要性。3条横向测线均存在横向次生流,且横向测线CS3还出现横向次生环流。枯、洪季,仅在横向测线CS6、CS3出现环状欧拉余流。枯、洪季,沿着横向测线CS3,3个站位的横向斜压梯度比离心加速度和科氏加速度都大1~2个数量级,而后两项大小接近且数量级都是10-4,罗斯贝数在1左右。这些表明:横向次生流受横向斜压梯度、离心加速度和科氏加速度共同驱动,前一项相对于后两项更加重要。沿着3条横向测线:1)枯、洪季大潮,平均势能差异分别约为54.23、66.56 J/m3,表明洪季层化强于枯季;2)枯季涨潮,平均的势能差异普遍小于落潮,而洪季涨潮,平均的势能差异普遍大于落潮,表明枯、洪季湍流混合均存在潮汐不对称性;3)枯季,由横向、纵向水深平均应变(ΦS-y、ΦS-x)引起的势能差异变化率的范围分别是-67×10~(-3)~37×10~(-3)、-7×10~(-3)~11×10~(-3)W/m~3,而洪季,相应的范围分别是-45×10~(-3)~30×10~(-3)、-14×10~(-3)~13×10~(-3)W/m~3,表明枯、洪季差异不明显,横向水深平均应变(ΦS-y)均大于纵向水深平均应变(ΦS-x),前项对水体混合与层化的影响更大;4)枯季大潮,纵向平流(ΦA-x)、横向平流(ΦA-y)、纵向水深平均应变(ΦS-x)和横向水深平均应变(ΦS-y)的潮汐平均绝对值占四项总和之比例分别为26%、33%、18%和23%,而洪季大潮,相应的值的比例分别为13%、9%、22%和56%,表明枯季,平流项(ΦA-y最大)对混合与层化的控制可能占主导地位;洪季,应变项(ΦS-y最大)可能占主导地位。无量纲数(m)被用于判别横向平流(ΦA-y)、横向水深-平均应变(ΦS-y)的相对重要性。一个概念性模式被用于显示层化与横向次生流/环流的相互关系。     

珠江口磨刀门灯笼山断面枯季输沙关系分析

在分析磨刀门河口潮汐、水流、泥沙特性的基础上,结合2001年枯季口内灯笼山断面流量、输沙率同步实测过程线,对该断面的逐时输沙关系进行回归分析,发现无论涨潮阶段还是落潮阶段,其相关性均很高.同时通过单宽输沙量分解,对磨刀门悬沙输移主要因素进行分析,结果表明磨刀门在枯季期间以悬沙输移优势流贡献为主,悬沙向海输运.     

乐清湾的潮位、潮流和余流特征

2008年7月至2009年4月在乐清湾进行了代表春、夏、秋、冬4个季节的航次调查,设置了Y4、Y14、Y15和A共4个连续观测站位,共得到12组实测的海流流速和10组CTD数据。采用潮汐调和分析法分析了距江厦潮汐能试验电站3 km处的潮汐站位连续19个月的潮位资料,结合调查数据特性和乐清湾潮汐特点,引入M2与S2、O1与K1、M4与MS4、2MS6与M6分潮之间的差比关系,对连续观测站位的潮位和潮流进行准调和分析。潮位的统计和准调和分析结果显示:Y4、Y14、Y15站位和潮汐站位8个分潮振幅和的航次调查平均值为3.75,4.02,3.94和4.03 m,(HO1+HK1)/HM2的航次调查平均值为0.32,0.28,0.32和0.24。Y4、Y14、Y15和潮汐站位的M4、MS4、M6和2MS6浅水分潮振幅的航次调查平均值分别为0.20,0.31,0.35和0.25 m,M6和2MS6浅水分潮振幅的航次调查平均值分别为0.03,0.15,0.17和0.15 m。不同航次调查4个连续观测站位涨潮最大流速的平均值为81.5 cm/s,落潮最大流速的平均值为103.1 cm/s。Y4、Y14和Y15站位潮流的M2和S2分潮振幅百分比分别为86%,65%和68%,浅水分潮振幅百分比分别为11%,29%和25%。M4、MS4分潮振幅之和分别是M6、2MS6分潮振幅之和的2.1,1.2和1.7倍。由潮位和潮流的分析结果可知:从乐清湾湾口至湾顶,潮汐逐渐增强,半日潮比率逐渐增大,半日潮型的特性更为明显;浅水分潮强度逐渐增加,其中M6和2MS6分潮强度增强更为明显。位于湾口的Y4站位在秋季(2008年10月)航次调查时的日平均余流流向为西南偏南方向,冬季(2009年1月)和春季(2009年4月)航次调查时的余流流向为东南偏南方向。Y4站位余流受灵霓大坝影响,大坝建成后湾口余流改变方向,向南流出乐清湾。位于湾顶的Y14站位,余流流速变化不大,但方向变化明显,夏季(2008年7月)为西南方向,秋季为西南偏南方向,冬季为西南偏西方向,春季又为西南偏南方向。Y15站位余流流速较小,但方向变化明显。A站位两个航次调查时的余流流向均为东北方向。     

Quantification of dune dynamics during a tidal cycle in an inlet channel of the Danish Wadden Sea

High-resolution swath bathymetry measurements at centimetre-scale precision conducted during a tidal cycle in the Grådyb tidal inlet channel in the Danish Wadden Sea reveal the short-term dynamics of a large, ebb-directed compound dune with superimposed small to medium dunes, all composed of medium sand. Dune dynamics were related to simultaneous measurements of flow using an acoustic Doppler current profiler. Spatially, dune crests displayed greater mobility than did dune troughs, due to higher flow velocities at the crests than in the troughs. Temporally, superimposed lower lee-side dunes migrated more during the flood than the ebb tide, due to higher near-bed trough flow velocities during the flood phase, resulting in varying exposure to flow. Net dune migration was flood-directed over the tidal cycle, despite annual net migration being ebb-directed. Hence, extrapolation of short-term migration rates is not possible in this case. The superimposed dunes reversed direction during each half tidal cycle whereas the compound dune only developed a flood cap during flood tide, i.e. the time required for complete reversal of the compound dune was much longer than that available in a half tidal cycle. Over the tidal cycle, the bed level was stable but significant erosion and accretion occurred during the tidal phases. During the ebb tide, bed material was brought into suspension with accelerating flow and settled with decelerating flow, resulting in an average erosion and accretion of the bed of ~7 cm in each case. During the flood tide, the bed of the compound dune was overall stable, although bed material was eroded from the exposed lower lee side, being partly transported to the crest in bedload and partly brought into suspension. In general, dune height fluctuated during the tidal cycle whereas dune length remained stable. The height of the compound dune responded to changes in water depth, which acts as a limiting factor to dune growth. By contrast, the height of the stoss-side dunes responded to flow velocity, i.e. the stoss-side dunes were water depth-independent.     

北黄海定点连续观测站海流资料分析

本文利用2009年6月至11月期间的ADCP海流资料,研究了獐子岛附近一个固定观测点处的时间平均流及潮流特征。结果表明,该海区的平均流大致沿等深线方向,从黄海流向渤海,整个观测期间纬向平均流大于经向平均流,经向1m宽度范围内的纬向净水体输运量为0.67m3/s,而纬向1m宽度内的经向净水体输运量为0.16m3/s;垂向上可以15m和47m为节点分为三层,15m大致为温跃层深度,而47m以下为底摩擦影响显著的范围。夏季的温盐层化结构对于余流的垂直分布存在显著影响。潮流调和分析表明,该海区的潮汐类型为正规半日潮,M_2和K_1分潮在整个深度范围内的平均振幅分别为27.9cm/s和9.2cm/s,半日潮流由表及底均为旋转流,而全日潮流更趋向于往复流。在垂向上,各个分潮的潮流椭圆均随深度发生小幅度的旋转,半日潮流椭圆随深度逆时针旋转,倾角变化小于30°,全日潮流椭圆随深度顺时针旋转,倾角变化小于40°。潮流在近底层受到底摩擦的影响十分显著,其中全日潮流受到底摩擦的影响较半日潮流大。本次观测是进一步研究北黄海区域潮流、近惯性流动与水体交换输运的直接参考,其结果加深了对该区域流场特性的认识和理解。     

珠江磨刀门河口径潮动力耦合条件下余水位的多时空尺度分析

本文通过构建径潮动力耦合条件下潮波传播的一维水动力解析模型，从理论机制上探讨珠江磨刀门河口径潮动力非线性作用下余水位的多时空尺度变化。结果表明:余水位变化呈现明显的大小潮和洪枯季变化，枯季余水位大小潮的变化幅度介于0~0.4 m，而洪季余水位与上游径流紧密相关，增幅大枯季一个量级（介于0~6 m）；解析模型可分离控制余水位变化的3个主要因素，即径流、潮流和径潮相互作用因子，计算结果表明河口不同区段余水位的主控因素有明显的洪枯季变化，上游段，枯季余水位受径潮相互作用因子控制，洪季受径流因子控制；枯季下游段余水位受潮流控制，而洪季余水位主要受径潮相互作用因子控制。