波浪挟沙能力及航道骤淤机理的研究

从理论上对波浪作用下的“挟沙能力”进行了定义和推导，基于波浪的悬沙和挟沙机理，求得波浪作用下泥沙浓度分布函数。在此基础上，对河口海岸区域及航道的骤淤进行了研究，依据河口泥沙的骤淤形成和发生情况的不同，将其划分为大于水体极限含沙量型骤淤(绝对骤淤)、不平衡输沙型骤淤、风浪停止型骤淤以及异重流停顿型骤淤四种模式，并分别给出了4种骤淤模式的计算方法。分析表明，黄骅港附近海域与航道，属于不平衡输沙型骤淤、风浪停止型骤淤两种类型，黄骅港实际含沙量分布和航道骤淤情况计算结果验证了本文所提模式。     

洋口港区烂沙洋北水道航道开挖可行性研究

为满足洋口港区发展需求,应对船舶大型化趋势,开展了烂沙洋北水道自然水深航道浚深的可行性研究。依据现场实测风速、潮流、波浪、泥沙等资料,进行了工程海域气象、水文、地貌等自然条件的综合分析,建立了辐射沙脊群洋口港区二维波浪潮流泥沙数学模型,对航道开挖方案实施后的潮流、泥沙进行了数值模拟,并预报了航道开挖后的常年回淤量和大风天的淤强分布。计算结果表明,航道开挖前后海区内潮流场变化不大,疏浚段流速略有变化;航道开挖后的常年回淤量小于700万m3,一次大风过程航道内不会发生骤淤碍航。因此,初步论证了烂沙洋北水道航道开挖是可行的。     

盐城滨海港远期规划对周边水沙影响的数值模拟研究

盐城滨海港位于江苏省北部废黄河三角洲侵蚀性海岸最凸出岸段,滨海海域近岸波流动力较强,泥沙运动较为活跃;深水贴岸、水下地形复杂,水下岸坡受侵蚀较明显。利用实测水文泥沙资料和平面二维波浪潮流泥沙数学模型,定量分析了盐城滨海港远期规划方案对现有港区和周边河口的水流、含沙量的影响,重点剖析了正常天气和大浪天气下30万t级航道的回淤特征和淤积原因。研究结果表明:工程实施不会大范围改变滨海海域的水沙动力特征,影响主要集中在工程区附近;航道开挖后沿程普遍淤积,形成一个以含沙量峰值为中心的泥沙淤积体,向港内及外海航道淤积厚度逐渐减小;大浪天气下,日最大淤强能达到正常天气下的24倍,但也小于0.2 m/d,不存在骤淤碍航问题。     

ENE向大风对黄骅港海域三维流场影响的模拟分析

使用DELF3D-FLOW模型模拟了ENE向8级大风作用下黄骅港海域的三维潮流场,并和无风作用时的潮流场进行比较分析。结果表明：大风作用时黄骅港近海海域出现明显的增水现象;大风对黄骅港行道附近涨潮流的增大作用并不明显,而对落潮流的减小作用很显著,潮流动力失衡可能导致黄骅港近岸泥沙含量较高;沿堤流及沿岸流作用加强。这些现象的综合作用,可能是港口及航道产生骤淤的原因。     

黄骅港外航道整治工程对风暴潮流下泥沙输运的影响

2003年10月黄骅港海区的一次强寒潮风暴潮造成了港口和外航道泥沙淤积严重,为减少外航道淤积保证外航道正常通航,2004年5月开始实施外航道整治工程。本文建立了黄骅港海域二维水动力和泥沙输运数学模型,模拟在ENE向8级大风作用下整治工程前后风暴增水引起的潮流动力和含沙量变化过程。分析表明:大风作用使黄骅港海区潮流动力失衡,涨落潮输沙不等,同时沿堤流及沿岸流作用加强;整治工程后涨落潮过程中水体交换大幅减少,防波堤的阻水效应增强,阻碍了两侧区域的悬沙输运,近岸区域悬沙浓度相比一期工程有了明显的降低。     

广州港南沙港区深水航道水沙问题研究

在多年现场实测资料的基础上,对广州港南沙港区深水航道所在海区(工程海区)的水文泥沙特征进行了分析;使用TK-2D软件建立了工程海区的基于不规则三角形网格的潮流数学模型,在根据现场实测资料对模型进行充分验证的基础上对广州港南沙港区深水航道三期工程进行了潮流数值模拟研究,分析了深水航道工程造成的潮流场变化;对深水航道三期工程实施后的泥沙淤积强度和淤积量进行了计算.研究结果表明,从潮流泥沙角度讲,广州港南沙港区深水航道三期工程是完全可行的.     

风、浪、流共同作用下的泥沙输移

根据波动水流能量及泥沙运动原理，参考了窦国仁推导底沙输沙量的方法，推导出波浪、潮流和风吹流共同作用下的底沙输沙量(包括推移质和部分悬移质输沙)计算式。应用于大风期黄骅港外航道的骤淤计算，其结果与实测值较接近。     

青草沙水库工程对河床冲淤演变的影响

为了探究长江口青草沙水库建设前后工程周边的水动力环境和河床泥沙冲淤变化,通过平面二维潮流悬沙数值模拟,结合改进后可以同时计算淤积和冲刷强度的王义刚公式进行冲淤计算。研究结果表明,水库建成后,长兴岛北侧航道的分流比和流速下降,南侧航道的分流比和流速上升;水库南侧航道整体呈冲刷状态,而北侧航道整体呈淤积状态,南侧航道变化量小于北侧航道,工程的实施对北侧航道水下地形的影响较南侧大;改进后的王义刚公式对水库周边冲淤的计算结果与工程建设后实测地形和数值模型结果吻合较好。     

波、流共同作用下的近底泥沙输移及航道骤淤预报

波、流(包括潮流和风吹流)共同作用下的输沙机理是波浪轨道速度掀沙与挟沙，波浪传质速度、潮流速度和风吹流的合成速度输沙。根据波动水流能量及泥沙运动原理，参考窦国仁推导底沙输沙率的方法，推导出波浪、潮流和风吹流共同作用下的底沙输沙率公式。对于细颗粒泥沙，底沙输沙实质上是近底泥沙(包括浮泥)的输移；应用本文公式对大风期黄骅港外航道的骤淤进行验证计算，得到与天然较符合的结果。另外，根据近年的实践，改进以前的浮泥输沙公式，给出二种输沙的计算模式。本文是作者1987年以来研究此问题的总结。     

近十年来台风诱发长江口航道骤淤的初步分析

台风诱发航道骤淤已成为长江口航道淤积的主要表现形式之一,一定程度上威胁长江口航道的安全运行和上海国际航运事业的发展。根据现场实测资料,初步分析了近十年来多次台风期长江口北槽航道骤淤变化特点和规律,探讨了台风诱发北槽航道骤淤的主要影响因素及其内在机理,并提出了防治航道骤淤的有关建议。结果表明,每年台风造成的航道骤淤量在200～800万m3左右,对航道年回淤总量的贡献率在4%～50%之间不等;航道骤淤程度会随航道维护水深的增加而有所增强;航道骤淤分布呈时间和空间均相对集中的特点。分析还表明,台风诱发北槽航道骤淤分布与长江口深水航道治理工程建设引起的水沙动力和河床环境变化是相适应的,而较大的航道骤淤量还与台风期间泥沙来源种类的增加有关。     

杭州湾沉积物宏观输运的数值模拟

用Delft3D模拟了杭州湾水动力和粘性沉积物输运过程,探讨了沉积物宏观输运和地貌演变的物理机制。忽略波浪作用,假设底质均一,不考虑粘性沉积物的底部固结作用,建立杭州湾粘性沉积物输运的数值模型。计算结果显示,模型能够反映杭州湾沉积物输运的宏观规律,再现了杭州湾悬沙浓度分布"三高两低"的特征、水体和沉积物"北进南出"的输运格局以及杭州湾总体上受控于淤积的地貌演变过程。杭州湾的沉积物输运主要受浅水分潮潮波变形引起的潮汐不对称性控制,该区潮波自东南向西北的传播方向、舟山群岛对涨潮流的阻隔效应、杭州湾喇叭形态的约束作用等因素造成"北进南出"的水沙输运特征。杭州湾与欧洲斯凯尔特河口狭长型的河口的沉积物输运路径有明显差异。     

连云港海域悬沙和表层沉积物交换研究

采用粒度谱计算方法分析连云港及邻近海域悬沙和表层沉积物交换特征,为徐圩防波堤口门布置和连云港港航道回淤研究提供理论支撑。连云港港主航道和徐圩航道5 m等深线以外的区域悬沙和表层沉积物交换率为0.1~0.2,表明航道回淤强度将处于较低水平,对今后航道维护有利;5 m等深线以内区域的交换率为0.3~0.4,悬沙落淤对航道回淤有一定贡献,表明该航道段回淤量相对较大,计算结果与实测航道回淤强度分布特征基本一致。灌河口沙嘴正常天气条件下交换率小于0.2,说明悬沙落淤对沙嘴的影响较小;5 m等深线以内破波带水域交换率大于0.5,表明悬沙和表层沉积物交换频繁。连云港港及邻近海域悬沙和表层沉积物交换主要为粒径小于62 μm的细颗粒组分。分析结果表明,为减少泥沙回淤对徐圩港区港池正常运行的影响,兴建防浪挡沙堤并将堤头布置在破波带之外十分必要。     

长江口二维非均匀悬沙数值模拟

针对长江口水流泥沙运动的特点建立了非均匀悬沙的平面二维数值模型。在模型中考虑了波浪对流场的影响和对水流挟沙力的影响 ,在确定悬沙絮凝沉速时考虑了泥沙粒径、盐度、含沙量及水流紊动的影响。悬沙模型建立在曲线坐标下 ,悬沙输运方程采用破开算子的方法求解 ,平流项采用UltimateQuickest格式求解 ,提高了计算的精度。通过实测资料对数学模型计算的悬沙含量进行检验 ,表明它较好地反应了长江口地区泥沙的运动规律     

Littoral drift by alongshore flow at Visakhapatnam – East Coast of India

The littoral drift in the surf zone of Visakhapatnam has been evaluated using simulated longshore current. In this study we examined littoral processes, driven by longshore currents using a set of numerical models (Mike-21 modeling system). Deepwater waves as they approach shallow water dissipate energy and the water from the broken waves flow parallel to the shoreline known as longshore current. In order to simulate the current from wave breaking, offshore wave data for the period 1995–2004, have been collected from British Meteorological Office (BMO), UK. Waves having an annual exceedance of 20% are allowed to propagate to nearshore using a nearshore spectral wind-wave model from predominant directions. The wave-induced radiation stress obtained from wave model then formed the basis for simulating the longshore current and associated sediment transport. The results of these simulations show the pattern of longshore flow and sedimentation. The net annual discharge at selected coastal stretches is estimated and presented. It has been inferred from the study that the sediment transport for the coast is of the order of 0.4–0.6 million m³/year.     

九龙江口-厦门湾悬沙浓度及多岔口潮汐汊道泥沙输运的数值模拟

基于环境流体动力学模型(Environment Fluid Dynamic Code/EFDC)水动力和泥沙模块,该文针对九龙江口-厦门湾水域潮动力强、浅滩面积大的特点建立二维潮流泥沙数学模型并利用实测数据进行校验。模型精简适用,成功反演了该水域的水动力场和悬沙浓度场,并能正确反映浅水区域的水沙运动特征。结果表明:在潮流作用下,厦门湾水体中悬沙浓度由外向内递增,悬沙随着潮流的涨落在湾内外作中-长距离的往复运动。湾内特别是浅滩区,大潮期悬沙浓度大于小潮期且浓度随潮变化明显,小潮期悬沙场则较为稳定。采用抓斗式挖泥船(源强Q=7.5 t/h)在翔安东南侧浅滩疏浚作业对邻近保护区基本无影响,但翔安南部"五岔口"型潮汐汊道存在能远程输运近岸疏浚泥沙的"泥泵式"水动力场,促使形成环绕厦门岛东海域的带状悬沙分布,该文进一步揭示了形成该分布的水动力机制。增大疏浚强度可导致白海豚保护区被污染,悬沙带宽度增大,浓度上升。     

Experimental research on unstable movements of sandbars under wave actions

This study is motivated by recognition of complex sandbar evolution patterns under wave actions inside the surf zone. A series of physical model experiments were conducted in a wave flume to investigate sandbar migration under various wave conditions, including wave groups, regular waves, and random waves. It was observed that under certain wave conditions sandbars move alternately shoreward and seaward rather than continuously in the same direction. The measurements show that the unstable movement of sandbars is closely related to the amplitude modulation of waves. Smaller amplitude modulation tends to produce more intense unstable bar movements. Data analysis further shows that the sandbar migration does not seem to be a passive response of the sea bed to wave forcing, but is most likely caused by the feedback interaction between waves and bed topography.     

NUMERICAL SIMULATION OF WAVE-INDUCED CURRENT WITH VERTICALLY VARIED RADIATION STRESS

This article analyzes the vertical structure of the onshore current including the wave-induced current by an equation developed for the radiation stress against water depth. A coupled model COHERENS-SED is adopted to calculate the wave, tidal current, wave-induced current and sediment simultaneously. By applying the new model to Yangpu Bay, its reliability is verified. Then an ideal coastal domain is defined to simulate the nearshore current and wave setup with normal incident waves. The numerical and experimental results for the vertical structure show two undertows, also a visible setup in the surf zone. It demonstrates the importance of the radiation stress in wave-induced currents and mean water levels (set-up/down).     

波浪辐射应力理论的应用和研究进展

回顾波浪辐射应力张量的概念，前人的研究成果表明微幅波的辐射应力理论是符合实际的．综述波浪辐射应力理论在海洋流体动力学中的应用，分析该理论在研究近岸流的形成、波浪增水和波浪减水、沿岸流流速的沿程分布、破波带内底部反向流的速度分布、河口海岸泥沙运动、海岸碎波拍和波流相互作用等问题中的应用．总结波浪辐射应力的研究进展，包括考虑有限振幅波和不规则波的辐射应力场以及微幅波辐射应力张量沿水深分布的研究，指出辐射应力张量沿水深分布的研究可以为探讨近岸水动力环境的垂直结构以及完善波流相互作用三维数学模型提供理论基础．为深入考察波浪辐射应力张量沿水深分布情况，提出进一步研究的思路．     

崇明东滩水文泥沙过程分析

基于2005年9月在崇明东滩采集的现场观测数据,分析了水流和泥沙在潮滩上从光滩到植被区域的不同输运过程。研究结果表明,从光滩到植被带,涨潮和落潮流速逐渐变小,大潮时最大流速由113 cm/s(光滩)减小到8.1 cm/s(植被带);从光滩外侧(靠海)到内侧(靠岸),含沙量逐渐增加,至植被带再减小。潮周期内,流速和水体含沙量变化过程均呈现双峰,峰值出现在涨潮初期和落潮中期,最大含沙量高达7.7kg/m3。测点各潮周期内流速最大值、平均含沙量均与潮汐强弱显著相关。流速增大引起泥沙再悬浮,瞬时含沙量响应流速变化。表层沉积物由光滩外侧(靠海)到内侧逐渐变细,得出泥沙由光滩外侧区域再悬浮,经潮流输移至潮滩内部的泥沙输运模式。分析光滩和植被水沙数据差异表明,植被具有较强的缓流滞沙作用。     

FLOW STRUCTURE OF PARTLY VEGETATED OPEN-CHANNEL FLOWS WITH EELGRASS

Aquatic vegetation can influence the transport of sediment and contaminants by changing the mean velocity and turbulent flow structure in channels. It is important to understand the hydraulics of the flows over vegetation in order to manage fluvial processes. Experiments in an open-channel flume with natural vegetation were carried out to study the influence of vegetation on the flows. In a half channel with two different densities of vegetation, the flow velocity, Reynolds stresses, and turbulence intensities were measured using an Acoustic Doppler Velocimeter (ADV). We obtained velocity profiles in the lateral direction, Reynolds stresses in the vertical direction, and the flow transition between the vegetated and non-vegetated zones in different flow regimes. The results show that the streamwise velocity in the vegetated zone with higher density is almost entirely blocked. Reynolds stress distribution distinguishes with two different regions: inside and above the vegetation canopies. The turbulence intensities increase with increasing Reynolds number. The coherent vortices dominate the vertical transport of momentum and are advected clockwise between the vegetated zone and non-vegetated zone by secondary currents (a relatively minor flow superimposed on the primary flow, with significantly different speed and direction), generated by the anisotropy of the turbulence.