钱塘江涌潮对地形变化的响应研究

钱塘江涌潮以汹涌磅礴闻名中外,并对沿江防灾减灾带来巨大挑战,研究涌潮规律具有重要的学术价值和现实意义。采用涌潮数学模型研究钱塘江涌潮在地形变化下潮汐和涌潮特征的变化。结果表明,地形变化对潮汐和涌潮影响显著;随着地形的降低,钱塘江沿程低潮位下降,高潮位总体呈下降趋势,潮差增大,涨潮历时增加;涌潮高度和涌潮最大流速随相对Froude数呈先增后减规律,起潮点上移,涌潮传播速度增大;当地形降低到临界值后,相对Froude数小于1,涌潮消失。研究结论解释了钱塘江丰水地形涌潮大、枯水地形涌潮小的现象。为保护涌潮资源,维持适当的江道容积是必要的。     

钱塘江涌潮二维数值模拟

采用基于准确Riemann解的Godunov格式,求解包括底坡项的二维浅水流动方程,应用WLF(water level-bottom topogra-phy formulation)方法求解Riemann解。经实测涌潮资料验证,较好地模拟了钱塘江涌潮的发生、发展及其衰减的过程,复演了涌潮的相交、反射和一线潮等现象,对钱塘江涌潮宏观规律的认识有所加深。     

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。     

钱塘江涌潮区护岸工程的设计及研究

丁坝在江道整治及护岸工程中已有比较广泛的应用。丁坝的平面布置、结构型式与丁坝自身的稳定性及护岸效果密切相关。本文在对钱塘江涌潮区护岸丁坝的设计作了初步总结的基础上,指出了在丁坝结构上存在的一些问题,提出了相应的改进方案,并结合抢险修复工程,进行了现场原型试验。试验结果表明,本文提出的改进方案是切实可行的。     

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。     

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。     

OBS-3A浊度计在钱塘江涌潮观测中的应用研究

主要介绍在钱塘江涌潮连续观测中,首次采用新型OBS-3A浊度计进行该水域的悬沙浓度测量,并对悬浮泥沙的变化规律与涌潮的关系进行了试验分析与研究.通过采集盐官站待测水域的泥沙进行室内标定,将标定曲线分为三段的数理方法处理,分别拟合得到相应曲线方程,然后将涌潮观测中OBS采集到的浊度数据,经标定曲线转化为泥沙含量.通过含沙...     

径流和风对涌潮影响的数值模拟

由于实际江道中地形和江道轮廓等复杂性,难以分析涌潮演变规律。以钱塘江河口为基础,建立了概化河口的水动力数学模型,将复杂问题简单化,通过数学模型计算分析了径流和风况对潮差、涨潮历时、涌潮高度和涌潮传播速度的影响。结果表明,不同河段存在涌潮高度最大值的相应临界流量,越往下游,临界径流量越大;涌潮高度随风向变化规律是"逆风"<"无风"<"顺风";顺风条件下,风速越大,涌潮高度越大。     

堤线调整对九溪涌潮景观影响评价研究

因建设需要,拟对钱塘江九溪岸段堤线进行调整。九溪岸段是钱塘江知名的观潮点之一,涌潮是该河段一个重要的自然景观资源。为减小堤线调整对涌潮景观的影响,建立了基于有限元/有限体积法的SCHISM三维涌潮模型,复演了九溪涌潮现象,提出了观潮区的涌潮高度、涌高明显的岸线长度和涌高明显的区域面积等三个综合评价指标,对堤线调整给涌潮带来的影响做出了评价。该研究对其他工程对钱塘江涌潮景观的影响评价具有借鉴意义。     

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。     

钱塘江河口潮波特性变化及原因剖析

为掌握钱塘江河口潮波特性的响应机制,采用小波分析法研究了该河口 6 个潮位长期观测站的年平均高、低潮位及年平均涨潮历时等时间序列的变化特征,结合该河口实施的治江缩窄工程及径流周期性变化,探讨了该河口潮波特性时空变 化的因果关系。结果表明：1953—2017 年,钱塘江河口呈现出高潮位显著抬升、涨潮历时缩短,低潮位在河口上段略有抬高、中段大幅抬升、下段变化不大的趋势;受治江缩窄工程进展、位置以及径流周期性变化等影响,各站潮波特性的变化在时间上存在差异;钱塘江河口的治江缩窄工程加剧了河口下段的潮波变形和潮波反射,增强了河口上、中段的河流特性,导致高潮位抬升、涨潮历时缩短,是造成潮波特性变化的主要原因;径流直接影响河口上、中段的潮位和潮流,此外,还通过流速变化改变河床地形而间接影响潮波特性。