恢复饱和过程与潮流不对称耦合作用下的悬沙输运

通过理想模型的解析解对河口悬移质泥沙输沙中恢复饱和过程与潮流不对称耦合作用下的长期净输运机制进行了研究,并给出了二者耦合作用下的悬沙长期净输运的定量表达及悬沙净输运方向与分潮相对位相的关系。研究认为,悬沙的长期净输运与泥沙的恢复饱和过程及潮流不对称存在密切关系。对于仅单频潮波作用的情况,恢复饱和过程不会导致悬沙净输运的产生;分潮与余流的相互作用将产生与余流方向一致的净输运;悬沙的净输运方向与潮流不对称的方向并不完全一致;对于频率满足一定条件的分潮的组合,不论该分潮组合是否导致潮流不对称,均会产生悬沙的净输运;净输运量是分潮组合中各分潮流速的振幅、相对位相及相对恢复饱和时间的函数。对于某一分潮组合,悬沙净输运与潮流不对称方向改变时,二者的相对位相阈值之间的偏差随恢复饱和时间的增大而增大。     

河口往复流中潮流不对称与推移质输沙的关系

潮流不对称现象是近岸潮波运动的基本特征之一,为了研究潮流不对称对推移质泥沙长期净输运的作用机制,首先在往复流情况下对Bagnold推移质输沙率公式(1966)由于不包含起动流速所可能导致的误差进行理论分析,进而由统计学中的"偏度"的概念出发,推导了河口潮流不对称与推移质输沙之间的定量关系。研究认为,虽然Bagnold推移质输沙率公式不包含泥沙起动流速,但是只要泥沙起动流速和最大流速的比值在一定范围内,则在理论上公式的计算误差是可以接受的。由偏度结合Bagnold公式导出了潮流不对称与推移质输沙之间的关系,表明推移质泥沙的长期净输运不仅与余流有关,而且与不同分潮组合之间、余流与分潮之间的相互作用紧密相关。该关系还给出了一个由潮流调和常数估算河口推移质输沙的简便方法。经对比,从潮流不对称出发估算推移质输沙与直接采用推移质输沙率公式结果一致。     

伶仃河口湾铜鼓水域水沙净输运分析

根据对珠江伶仃河口湾铜鼓水域丰水期９个测站大、中、小潮三次同步水文泥沙资料及５７个底质样品的分析结果,本文讨论了此水域的水沙净输运趋势。结果表明,铜鼓水域表层余流向海,浅滩测站中底层余流指向河口方向,欧拉余流主要由径流构成。沟槽悬沙输运以净平流作用为主,浅滩区则以向上游的潮抽吸输运为主。沉积物净输运趋势显示铜鼓浅滩是海陆双向底质输运的汇聚地带     

烟台西部近岸海域冬季悬浮泥沙浓度时空变化及其输运特征

基于2017年12月在烟台港近岸海域6个站位大、小潮期的海流和悬沙同步观测资料,分析了悬浮泥沙浓度的时空变化规律,利用悬浮泥沙通量机制分解方法计算了研究区的悬浮泥沙输运通量,并初步讨论了潮流作用下悬浮泥沙的输运机制。结果表明,研究区各站位悬浮泥沙含量大潮期大于小潮期;大潮期各站位悬浮泥沙浓度多出现2～4个峰值,小潮期各站位悬浮泥沙浓度变化较为复杂,其规律性较弱;悬浮泥沙变化一般滞后于流速变化1～2 h。从平面分布上来看,研究区大潮期各站位悬浮泥沙浓度差异较大,小潮期差异较小;垂向上,大小潮期各层位悬浮泥沙含量变化不大,层化现象较弱。研究区水体的平流输运项主导着这一区域的悬浮泥沙输运,垂向净环流项起辅助作用,其他输沙项的贡献很小,研究区悬浮泥沙净输运方向与余流方向大致一致。大潮期垂向净环流项对悬浮泥沙输运的贡献略大于小潮期,小潮期平流输运项对悬浮泥沙输运的贡献略大于大潮期,大小潮变化对研究区泥沙输运影响显著。     

基于FVCOM的辽东湾潮汐潮流数值模拟

本文基于有限体积海洋数值模式FVCOM,对辽东湾潮汐潮流进行数值模拟,得到了辽东湾的最大可能流速分布以及M2、S2、K1、O1分潮的潮流椭圆分布和潮致余流分布等,计算结果与实测资料符合较好。结果显示,辽东湾潮汐类型为不规则半日潮,潮流类型为规则半日潮流;最大可能流速的分布受水深和岸线等因素的影响,辽河口东侧最大可能流速达140cm/s;辽东湾顶部余流速度较大,在盖州滩以东水道M2分潮潮致余流最大流速达9cm/s,在盖州滩东南侧存在1个逆时针的余流涡,是控制辽河口径流携沙分布的重要动力要素。     

古长江河口湾充填潮流作用机制的初步探讨

长江三角洲的发育是以古长江河日湾的充填来实现的.研究潮汐、潮流在古长江河口湾充填中所起的作用,可深入了解长江三角洲的形成发育过程.建立了渤海、黄海、东海的二维潮流数学模型,数值模拟了冰后期最大海侵,即现今长江三角洲地区为巨大河口湾时的M2潮汐、潮流.在此基础上,计算了古长江河口湾及其周围海域8种粒径泥沙的潮平均悬移与推移输沙率,并根据输沙率散度的正负,划分了海底冲刷区与淤积区.根据计算结果得出,冰后期最大海侵时,存在大致以古长江河口湾湾口中点为腹点、波腹线向海凸起的独特驻潮波波腹区.在其控制下,外海潮流大致以古长江河口湾湾口中点为顶点作辐聚、辐散运动.在古潮流场作用下,经历每一个潮周期后,古长江河口湾周围海域的泥沙均向河口湾内净输运,并在河口湾内淤积.古长江河口湾的充填是在长江带来大量泥沙,外海的潮汐、潮流又有利于泥沙向河口湾内净输运,且在河口湾内沉积的情况下实现的.外海的潮汐、潮流为古长江河口湾的充填、长江三角洲的发育提供了必要而又有利的水动力环境.     

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。     

东中国海潮余流自适应数值模拟

以自适应数值模型首次计算整个东中国海三维 M2 分潮潮致 Euler余流、Stokes漂流和L agrange余流 ,并分析各海区 L agrange余流的特征。渤海 M2 分潮致 L agrange余流在整个海域基本形成一个大的逆时针环流系统 ;辽东湾有一个逆时针流环。在黄海 ,潮致余流也是黄海环流的重要组成部分。在东海的东北部 ,潮致余流有强化对马暖流的作用 ;在台湾北部海域 ,潮余流对台湾暖流有强化作用。在近海海域 ,由于复杂地形的作用 ,潮流非线性作用加强 ,潮余流的量值有较明显的增加。计算结果表明 :在浅水区域 ,Stokes漂流较大 ,Euler余流与 Lagrange余流差别显著     

珠江磨刀门河口底质沉积特征及其泥沙运移趋势

根据珠江磨刀门河口的表层沉积物粒度分析结果,运用Gao-Collins粒径趋势分析方法(GSTA模型),计算河口的沉积物净输运趋势,并分析河口底质沉积特征。结果表明:河口较粗的沉积物分布在交杯沙浅滩和拦门沙顶部,受波浪作用影响分选较好;磨刀门主槽、龙屎窟和口外海滨的沉积物则较细,以粉砂和粘土为主,分选稍差。沉积物在纵向和横向上都表现出细-粗-细的变化趋势。磨刀门主槽泥沙受强径流影响,具有向南的输运趋势;龙屎窟在涨潮流作用下,泥沙净向北输运;在西向沿岸流和东南向浪作用下,拦门沙东侧浅滩泥沙向西侧搬运,口外海滨的泥沙输运趋势则向北。     

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。     

海南岛莺歌海近岸的潮汐不对称与潮致余流研究

潮汐不对称与潮致余流在河口海岸区的物质输运中扮演着重要角色。已往的研究表明,在驻波占主导的河口海湾中,涨落潮的历时不对称与流速不对称有较为良好的对应关系。而潮致余流主要由地形与潮波的非线性作用所致。本研究以海南岛莺歌海附近为代表,结合实际观测与数值模型,研究复杂地形的开阔近岸区的潮汐不对称与潮致余流。结果表明,在莺歌海近岸区,涨落潮历时不对称皆表现为涨潮历时短于落潮历时,而流速不对称则出现复杂的空间变化。对流速不对称的机制分解表明,研究区的流速不对称主要由K₁、O₁与M₂的相互作用,以及潮余流与各潮汐分潮的相互作用所控制。其中前者产生涨潮流速大于落潮流速的涨潮优势,而后者则与余流的方向相对应,出现多个涨潮优势与落潮优势的区域。总体而言,研究区的流速不对称由余流与各潮汐分潮的相互作用所决定。这表明,采用涨落潮历时的不对称来确定潮汐不对称的方法在开阔近海区可能并不适用。对潮致余流的研究表明,研究区的欧拉余流远大于斯托克斯余流。欧拉余流表现为多个顺时针与逆时针的涡流。涡流分布与地形具有较好的对应关系,潮流沙脊区多发育顺时针涡流,而深槽区则以发育逆时针涡流为主。摩擦力在涡流的发育中起着重要作用。     

潮流作用下河口是沙运动二维数学模型

对于粉沙淤泥质河口和海岸,海底泥沙受潮流作用主要以悬沙形式输运。在这样的海区建港与疏浚航道,需要首先进行泥沙淤积问题的研究。本文采用潮流作用下不平衡方程式、挟沙能力公式和起动流速公式,建立了潮流作用下河口悬沙运动二维数学模型,在对二维悬沙不平衡输沙方程和海底变形方程进行离散时直接采用显式迎风格式,得到了较好的结果。在此基础上,将该模型应用于实际水域,结果表明,该数学模型能够模拟河口的悬沙运动规律和冲淤变化,对于水流较大的海域该模型有一定的应用价值     

夏季浙江沿岸陆架区泥沙输运机制

基于2014年夏季浙江沿岸陆架区的水文、泥沙、底质沉积物等实测资料,运用物质通量分析方法和Gao-Collins粒径趋势分析法,探讨了泥沙的输运通量、输运方向、动力机制及净输运趋势。夏季,近岸含沙量规律性较强,由西至东逐渐降低,由南至北逐渐升高,且与潮流有非常好的对应关系,呈现出明显的潮周期变化特征。研究区净悬沙通量自岸向外海迅速变小,悬沙输运中平流输运占主导地位,其次是垂向净环流对悬沙输运的影响,近岸海域表现为向海输沙,30 m以深海域表现为东北向输沙,同时台湾暖流的屏障作用也影响了悬沙向海扩散。粒径趋势分析显示浙江沿岸陆架表层沉积物的长期输运机制为由东北向西南输运,在流系以及海底地形的影响下,中部海域出现粒径趋势较弱的沉积中心。而在夏季,悬浮泥沙主要为平行岸线向东北输运,估算每天进入研究海域的净悬浮泥沙约为1.9×106 t。     

ADCP measurements of suspended sediment flux at the entrance to Jiaozhou Bay, western Yellow Sea

The purpose of the present contribution is to explore the technique to use Acoustic Doppler Current Pro- filers （ADCPs） for suspended sediment flux measurements, which may be applied to coastal embayment environments such as estuaries and tidal inlets for sediment exchange and budget studies. Based on tidal cycle measurements from the entrance of ]iaozhou Bay, Shandong Peninsula, eastern China, statistical rela- tionships between the suspended sediment concentration （SSC） and ADCP echo intensity output are estab- lished. Echo intensity data obtained during an ADCP survey along two cross-sections during a spring tidal phase were transformed into SSC data. The ADCP current velocity and SSC data were then used to calculate the flux of fine-grained sediment. The results show that net sediment transport at the entrance is directed towards the open sea, with an order of magnitude of 103 t per spring tidal cycle; hence, although Jiaozhou Bay is a low SSC environment, the tidally induced suspended sediment transport can be intense.     

枯季长江口南槽悬沙输运过程和机制研究

开展枯季河口悬沙输运机理研究对于揭示弱径流条件下的陆海相互作用、河口季节性冲淤和水沙关系等具有重要的科学意义.本文根据2018年12月18-25日长江口南槽3个站位连续13个潮周期的同步流速、流向和悬沙浓度等观测资料,运用通量机制分解法研究了各输沙项的特征、贡献和输运机理.结果 表明,从小潮至大潮流速和悬沙浓度不断增加,由南槽上部至下部流速和悬沙浓度逐渐降低.观测期间平均流速与平均悬沙浓度存在明显的正线性关系,但受底质空间差异影响,悬沙浓度对流速的响应强度存在显著的空间变化.枯季期间南槽存在着中上部向陆净输沙、下部向海净输沙的空间输运格局.平流输沙和潮泵输沙是影响和控制净输沙的关键因素,二者的强度和贡献存在明显的潮周期变化和空间变化,垂向环流输沙的强度很弱,对净输沙贡献很小.南槽涨落潮输沙不对称现象明显,流速、悬沙浓度和历时都具有一定的涨落潮不对称性,这些不对称现象共同调节和控制着潮周期净输沙强度和方向的时空变化.     

Hydrodynamics and associated sediment transport over coastal wetlands in Quanzhou Bay,China

Coastal salt marshes represent an important coastal wetland system.In order to understand the differences between boundary layer parameters of vegetated and unvegetated areas,as well as the mechanisms of sediment transport,several electromagnetic current meters (AEM HR,products of Alec Electronics Co.Ltd.) were deployed in coastal wetlands in Quanzhou Bay,China,to measure current velocity.During the low tide phase,the surficial sediment was collected at 10 m intervals.In situ measurements show that the current velocities on the bare flat were much higher than those in the Spartina alterniflora marsh.Current velocity also varied with distance from marsh edge and plant canopy height and diameter.Around 63% of the velocity profiles in the tidal creek can be described by a logarithmic equation.Over the bare flat and Spartina alterniflora marsh,a logarithmic profile almost occurs during the flood tide phase.Sediment analysis shows that mean grain size was 6.7 Φ along the marsh edge,and surface sediments were transported from bare flat to marsh;the tidal creeks may change this sediment transport pattern.The hydrodynamics at early flood tide and late ebb tide phases determined the net transport direction within the study area.     

广西钦江河口枯季水动力特征及其对冷空气的响应

河口作为陆海相互作用的关键带,是河流入海泥沙及污染物的主要归宿地。钦江作为广西第二大河流,在茅尾海资源开发利用和生态环境保护与修复中发挥着重要作用。为进一步认识钦江河口地区的沉积动力过程,2021年10月27日至12月8日在此展开水动力和水体环境要素的连续观测。现场观测与分析结果表明,观测期间钦江河口潮汐类型为正规全日潮,浅水分潮显著,平均潮差为3.07 m,具有落潮优势;潮流以全日分潮流为主导,平均流速为0.12 m/s,运动形式主要为往复流;余流流向主要为西南方向。钦江河口潮汐和潮流性质较外湾和茅尾海中部海域全日潮特征更显著。枯季期间河口表层沉积物随潮汐运动表现为侵蚀-沉降交替的变化规律,垂向上侵蚀通量大于沉降通量,水平方向上悬沙净向海输运。冷空气过境带来的降雨使得钦江河口水体盐度降低、浊度增大,悬沙浓度及输沙量增加,同时冷空气南下时北风增强引起钦江河口减水效应并使潮差略有增加,水动力强度增大,增加表层沉积物的活动性,从而引起底部沉积物再悬浮强度和频率增加。     

基于FVCOM的泉州湾海域三维潮汐与潮流数值模拟

基于FVCOM海洋数值模式,采用非结构的三角形网格和有限体积法,建立了泉州湾海域高分辨率(26 m)的三维潮汐、潮流数值模型。模拟结果同2个验潮站和3个连续测流站的观测资料符合良好,较好地反映了泉州湾内潮汐、潮流运动的变化状况和分布特征,给出了M₂、S₂、K₁、O₁ 4个主要分潮的同潮图、表层潮流椭圆分布,以及模拟区域内最大可能潮差、表层最大可能潮流流速和潮余流分布。分析表明,4个分潮的最大潮汐振幅和迟角差分别为219 cm和19°,85 cm和25°,26 cm和12°,26 cm和9°;石湖港以东海域的潮波为逆时针旋转的驻波,以西海域为前进波;最大可能潮差由湾口的8.0m向湾内增加至8.8 m。湾内潮流类型为规则半日潮流,落潮最大流速大于涨潮最大流速,北乌礁水道为强流区,表层最大可能潮流流速为2.4 m/s;湾口潮流运动以逆时针方向的旋转流形式为主,湾内的潮流运动以往复流形式为主,长轴走向主要沿着水道方向,与等深线和海岸线平行;四个分潮流表层最大流速分别为1.4 m/s,0.58 m/s,0.12 m/s,0.10 m/s。余流流速大小与潮流强弱有密切的联系,表、中、底层最大余流流速分别为26 cm/s,20 cm/s,16 cm/s,三者在水平方向基本呈北进南出的分布形态。