强潮河口海塘基础防冲设计研讨

钱塘江河口是举世闻名的强潮河口,水动力强,有涌潮作用,河床滩地冲淤剧烈,因此给海塘基础防冲工程设计和施工造成较大难度,并成为长期来有待攻克的技术难题。本文就近期海塘建设防冲试验工程采用的板桩防冲墙、小沉井防冲墙、土工布模袋砼和丁坝群等防冲技术措施及其运行情况进行分析讨论。     

强潮河口水下地形测量潮位控制研究

钱塘江河口属于强潮河口,具有潮差大、流急、地形复杂和局地潮汐变化大等特点,对潮位控制设计与实施造成较大困难。为解决钱塘江河口水下地形测量潮位控制难题,针对强潮河口的水下地形和潮汐特征进行分析,提出了该区域潮位控制的潮位站布设方案与作业时间要求。实测数据表明,只要合理布设潮位站、选择合适的时间段作业,强潮河口水下地形测量的潮位控制可以达到规范精度要求。     

强潮河口三维无结构网格盐度数学模型

采用平面无结构网格和垂向直接分层,建立了强潮河口盐度三维斜压力数学模型。无结构网格使模型能够适应河口复杂的边界,并可以根据需要进行局部加密。Casulli的半隐式法离散模型水位梯度和垂项紊动扩散项,克服了水位梯度和垂项紊动扩散对模型稳定性的影响,Semi-Lagrangian法用于模型对流项的离散,使模型具有"无条件"稳定性。采用水池风生流和盐度异重流算例检验了模型,并应用模型模拟了强潮河口(瓯江口)的潮流盐度运动,计算和实测结果进行比较,表明该模型是准确、可靠的。     

山溪性可冲性强潮河口曹娥江潮汐特征

曹娥江径流具有浙闽山溪性强潮河口的若干径流特征 ,径流年际、年内变幅较大 ,洪水暴涨暴落 ,洪枯比极大。曹娥江河口具有钱塘江河口基本特性外 ,还明显受到江道地形冲淤变化的影响 ,潮汐年际、年内变化较大 (即可冲性特点 )。而江道地形又与上游径流大小、曹娥江口门外主槽出口方向、钱塘江尖山河湾主槽走向和外海潮汐强弱等因素有关。治江围涂使曹娥江河口的高、低潮位抬高 ,涨潮历时缩短、落潮历时延长 ,潮波进一步变形。     

强潮河口围海工程对水动力环境的影响

针对强潮河口边界地形复杂、岛屿众多、悬沙分布在口门以上、河段存在高含沙量浑浊带以及底沙级配分布宽的特点,给出了贴体正交曲线坐标系下非均匀悬沙、底沙数学模型的基本方程、初始条件、边界条件及动边界处理技术,对计算中经常遇到的几个关键问题提出了解决方法。计算的18个潮位站潮位过程与原型吻合良好,8个断面的46条垂线同步流速、流向过程计算值与实测值吻合较好。在此基础上,探讨了多连通域复杂边界条件下非均匀不平衡悬沙与底沙的长时期的底床变形模拟问题。以瓯江口温州浅滩围海工程为例,应用二维潮流泥沙数学模型,研究了强潮河口围海工程对水动力环境的影响问题,包括该工程引起的潮量变化、各水道流速变化及长时期的底床变形。     

钱塘江涌潮流速研究

涌潮流速是涌潮的重要特征,一直深受涌潮研究者的关注。21世纪以来,随着声学剖面流速仪的使用,涌潮流速观测有了突破性的进展。本文收集了2003年以来9次钱塘江涌潮流速观测资料,结合理论分析和数值模型计算成果,分析了影响涌潮流速的因素、涌潮流速时空分布规律。结果表明:影响涌潮流速的微观因素主要有涌潮高度和陡度、潮前流速和潮前水深、风速风向等;在涌潮河段,最大流速即为最大涌潮流速,与当地潮差呈良好的正相关关系;在弯道段,涌潮流速在弯道凸岸大于凹岸;涌潮到达后流速从落潮迅速转化为涨潮,没有明显的憇流现象,且涨潮流速过程存在多峰现象;涌潮垂向流速基本上比纵向流速小1个量级,在涌潮时段垂向流速相对较大。     

不同湍流模式下钱塘江涌潮水流三维模拟

钱塘江涌潮具有动力作用强和流速变化快等特点。涌潮水流紊动复杂,流速的垂向分布和紊动强度息息相关。通过涌潮水流实测资料的分析可以发现,涌潮作用下流速垂向分布在底部和上层存在差异。为研究涌潮作用下流速垂向分布的特征,应用基于非结构网格下有限体积法模型FVCOM对钱塘江涌潮河段水流运动进行三维数值模拟。考虑到涌潮紊动作用复杂且对流速的垂向分布起着重要影响,采用不同的湍流模式对涌潮传播过程中水流的运动特征开展研究。通过与涌潮河段实测资料的验证,复演涌潮到达前后水流运动特征,给出涌潮水流湍动能的变化过程。研究成果有助于深入认识涌潮水流紊动特征和流速的分布规律,为涌潮作用下物质输运的研究提供基础。     

基于文献计量法的涌潮研究动态分析

以中国知网(CNKI)和Web of Science核心合集数据库为数据源,采用文献计量学方法,借助CiteSpace可视化分析软件,对国内外研究涌潮的国家、机构、作者、载文期刊及关键词等进行分析.在CNKI共检索出433个研究机构的632名作者在239种刊物上发表的652篇文献(1964—2020年),"钱塘江河口"...     

Reynolds stress and TKE production in an estuary with a tidal bore

We report new measurements of the turbulent properties of the flow in a tidally energetic estuarine channel of almost uniform cross-section. A high-frequency (1.2 MHz), bottom-mounted Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) has been used to observe the velocity field at a sampling rate of 10 Hz in parallel with measurements of the surface elevation by tide gauges. Our data have been analysed using the Variance Method to determine turbulent kinetic energy (TKE), shear stress and TKE production over the tidal cycle with a time resolution of 60 s. During the highly energetic but brief flood period, when the surface axial velocity reaches 2 m s⁻¹, we observed large values of stress (>2 Pa) and shear production (5 W m⁻³). TKE is also input through the release of energy in the bore itself which results in a brief but intense injection of energy at the bore front with large transient TKE levels (100 J m⁻³). Subsequent input by shear production maintains TKE levels which are generally lower (20 J m⁻³) than the strong peak associated with the bore for the rest of the flood. On the ebb, the flow is relatively tranquil with maximum speeds 0.5 m s⁻¹ and peak TKE production rates of 0.1 W m⁻³.The flow and elevation data have also been used to estimate the energy fluxes into and out of the estuary. Short (1 h), intense energy inputs (8 MW at springs) on the flood flow are largely balanced by longer, less intense seaward energy flow on the ebb. The net energy input is found to be 0.1 MW at springs which is consistent with estimates of upstream dissipation. Peak dissipation in the bore itself may exceed the mean energy input but it is active only for a small fraction of the tidal cycle and its average contribution does not exceed 12% of total dissipation.     

涌潮沉积揭示长江河口湾全新世最高海面

海面变化对沿海地区的自然环境和社会经济有着重要影响,了解过去海面变化规律可以为预测未来海面上升情景提供参考依据。以长江古河口湾湾顶附近的扬州市昌建广场建筑工地所揭示的自然沉积剖面（CJGC剖面）为研究对象,通过详细调研,在剖面下部发现了保存有海相贝壳的涌潮沉积,为研究全新世最高海面和最大海侵提供了绝佳的地质材料。通过系统的沉积相与光释光（OSL）年代学研究,重建了古河口湾中全新世以来沉积环境的变化过程。结果表明,该地点中全新世以来经历了从陆相→潮滩→河口沙坝→河漫滩的沉积环境变迁,清晰显示了由海侵到海退的变化过程。OSL测年数据表明长江河口全新世最高海面和河口湾湾顶最大海侵出现的年代约为5.6 ka,当时对应的海面高度不低于海拔1.3 m,这一时期的高海面在世界多地均有记录。     

台风对钱塘江涌潮影响研究

钱塘江年最大涌潮几乎都发生在台风期间。基于实测潮汐资料,结合天文潮调和分析,研究台风对钱塘江河口涌潮起潮点下游河段潮汐的影响,探讨因潮汐变化间接引起的钱塘江涌潮变化。结果表明:台风引起低潮位、潮差、潮到时间、涨潮历时等变化,间接影响涌潮,造成涌潮高度、陡度、传播速度、到达时间和涌潮流速等变化。总体而言,台风期间盐官涌潮高度平均增大0.18 m,到达时间平均提早37 min;澉浦至盐官段涌潮传播速度平均增大8.9%,陡度变陡,流速有增有减,但单宽流量增大。     

钱塘江下游建桥对涌潮景观影响的研究

采用实测资料分析、潮浪水槽试验、定床模型试验以及已建桥梁对涌潮影响的现场观测等手段,研究了钱塘江下游尖山河段建桥对涌潮景观的影响。研究结果表明,钱塘江河口的喇叭形河湾和庞大的水下沙坎使潮波能量积聚、潮差增大,水深急剧变浅、潮波剧烈变形是形成钱塘江涌潮的主要原因。影响涌潮的主要因素是潮汐、江道地形和治江围涂工程,而建桥不会影响涌潮产生的条件,但由于桥墩的阻水作用,对桥上游500 m范围内的涌潮形态有所影响;当采用合理的桥台设计方案,即阻水面积较小时,对上游涌潮高度的影响仅3 cm左右,故不会影响涌潮的景观。     

钱塘江涌潮对杭州河段水资源的影响

采用钱塘江潮汐、上游径流与杭州河段江水咸度指标的多元相关方程,分析了钱塘江涌潮对杭州河段水资源的影响。结果表明:钱塘江涌潮对杭州河段江水咸度的影响在下游河段比在上游河段大;钱塘江涌潮强度越强,对杭州河段江水咸度的影响越大。     

基于FVCOM模式钱塘江河口涌潮三维数值模拟研究

应用FVCOM模型进行钱塘江涌潮的二维和三维数值模拟,并使用2007年10月大潮期间的现场观测结果进行模型验证。结果表明,平面二维模拟结果与实测值吻合较好,与基于Godunov算法求解钱塘江涌潮二维特征的结果基本一致。三维计算结果再现了流速在垂向上的差异,以及在落潮转向涨潮时刻,涨潮先从底部开始,垂向上从底层向表层逐步从落潮流转为涨潮流。敏感性分析显示模型网格大小和曼宁系数的选取对模拟结果有较大的影响。     

灌河口潮汐不对称数值模拟研究

建立灌河口平面二维潮流数字模型,并在灌河口口门至陈家港河段沿程布置5个采样点和3个横向断面,通过对各采样点一个月数值模拟结果进行调和分析,得出灌河口M2分潮及其主要倍潮的基本特征,然后利用潮位-流速关系图及通过对动量方程中各项的统计计算,研究了灌河口潮波运动的基本动力平衡、M2的主要倍潮的产生机制及其对潮汐不对称现象的影响。研究认为:灌河口潮汐潮流均属正规半日潮型。M4、M6分潮对于灌河口潮波变形有着重要的影响,M8分潮除在浅滩处外对潮汐不对称的影响很小。在深槽处M4分潮导致最大落(涨)潮流速减小(增大),最大涨(落)潮流速与最高(低)潮位之间的相位差增大。M6分潮的影响与M4基本一致,但其作用明显小于M4分潮。在浅滩处M4分潮导致最大涨落潮流速均大于M2分潮的值,M6和M8分潮使最大涨落潮流速均出现在高潮位附近,但M6、M8使最大涨潮流速减小,而使最大落潮流速增大。外海边界处倍潮波的传入对于口门附近的潮汐不对称有一定影响。M4和M6分潮导致灌河口的潮汐不对称表现为涨潮主导型,潮波运动主要受到压强梯度力、非线性对流和底摩擦力,三者与局地惯性力构成灌河口的基本动力平衡,摩擦力并不是最重要的作用力。