河口海岸潮流速分布模式研究

在沿岸水域尤其是在浅海陆架和近岸区，潮流在水流运动中起着主导的作用，在潮流运动中，近底流速剖面偏离传统的对数分布。根据前人的研究，笔者曾从理论上得到了近底流速分布的对数线性模式。但该模式对近底层的数据要求较高，一般近底1m之内需要四层测量数据，而这些数据在实际应用时很难得到。因此，本文根据潮流运动的表面边界条件将该模式进行扩展研究，使其能适用于传统的六点法测量数据。该扩展模式为对数抛物模式，适用于全水深，是潮流速分布模式。通过长江口和江苏岸外西洋海域两个实例计算分析，并与传统的对数分布模式比较，结果表明该潮流速分布模式在各层数据上都与实测数据具有良好的相关性且物理量z0与u．之间具有更好的一致性和相关性，可应用于河口海岸流速分析研究。     

泥沙起动判别标准的研究

本对泥沙起动判别标准的研究现状进行了分析，指出了所存在的问题，并根据水流紊动底速符合正态分布的特点，分别提出了均匀沙和非均匀沙起动的判别标准。     

挟沙水流卡门常数的影响因素

挟沙水流卡门常数是反映泥沙运动对水流结构影响的重要参数之一,本文回顾并讨论了挟沙水流卡门常数的计算公式及其影响因素.基于影响因素的量纲分析,得到了影响挟沙水流卡门常数的无量纲参数的关系式,由水槽实验资料确定出卡门常数的计算公式.经有关实验观测资料和长江、黄河实测资料的检验,表明本文所得公式计算的卡门常数与实验观测资料和野外实测资料的分析值均符合较好.     

长江口近口段水流挟沙力与径潮动力关系

该文在充分考虑径流和潮流水动力因素的基础上,建立了更适合于河口区域的水流挟沙力公式,并以长江口近口段为例,讨论了径流和潮流水动力差异对水流挟沙能的影响.结果表明:长江口近口段涨潮和落潮相同流速时洪季的悬沙浓度大与枯季;建立的考虑径流和潮流因素的水流挟沙力公式与传统公式相比,精度上有较大提高,该公式将不同季节和潮型下的水流挟沙力统一起来,有效反应了年内潮汐河口近口段的水流挟沙能力.对于水流挟沙能力的研究则表明:径流不变时,潮流增加,近口段涨潮和落潮水流挟沙能力增强;径流增加时,徐六泾以上河段潮差减小,涨潮水流挟沙能力减弱,而徐六泾及以下河段潮差表现为增加,这表明涨潮和落潮水流挟沙能力取决于径流和潮流的对比过程.     

高低含沙水流流速分布的统一规律

作为自然界中普遍存在的一种典型的固液两相流，挟沙水流流速分布具有与清水不同的变化规律。本文明确挟沙紊流(无流核)为研究对象，通过天然沙挟沙水流流速试验，首先分析紊动状态下高、低含沙水流流速分布特点；在此基础上，通过引入同时反映含沙量和颗粒级配影响的相对黏度指标，分析高、低含沙紊流的卡门常数κ统一规律及其表达式，由此将高、低含沙水流流速分布统一于卡尔曼-勃兰德尔对数流速分布公式上，并应用室内粉煤灰等试验资料分别验证了卡门常数κ及卡尔曼-勃兰德尔对数流速分布公式的合理性和可靠性；本项研究成果对进一步揭示高、低含沙水流的水流结构与输沙机理以及对河道整治规划设计具有重要的现实意义。     

黄河口潮流波浪挟沙能力研究

在前人研究的基础上,首先根据能量平衡原理得出了波浪挟沙力表达式,再将风暴和潮流对水流挟沙能力的影响一起计入水流挟沙能力,并考虑到河口水流所能挟带泥沙的含量是波浪、潮流、风暴同时叠加挟沙的结果,得出了潮波风暴水流挟沙能力计算公式.检验表明,计算值和实测值比较接近,可以用于实际工程中.     

河口海岸近底层潮流速分布模式初步研究

许多现场实测资料表明,潮流近底流速剖面偏离传统的对数分布。虽然偏离值可能不大,但利用对数剖面去计算河底粗糙长度和剪切应力时会引起较大的误差。有研究者的数值试验表明,如果通过流速是对数分布来估计粗糙长度和底部切应力,偏差可能超过100%(Kuo等,1996)。本文从流体动力学原理出发,利用Prandtl混合长度和Von Karman自相似理论,建立河口海岸近底层潮流速分布的对数线性模式。通过对英国大陆南部西Solent水道实测水流垂向分布进行枚举粗糙长度z0结合最小二乘法拟合,并将计算结果与传统的对数模式的结果比较,表明本文模式有以下优点:①精度高,计算值更接近实测值;②所确定的粗糙长度z0和摩阻流速u*的相关系数更高,且两者在相位上更趋一致。     

挟沙水流流速的垂线分布公式

流速分布规律的研究是揭示一般水流和高含沙水流动性的关键。本文在回顾以往研究成就的基础上，开展了理论及实验研究。以提出的紊流涡团模式为基础，得出了挟沙紊流速分布的公，大量实测资料的检验结果表明，该公式能较真空地描述出一般挟沙水流及高含沙紊流的流速分布变化规律，具有较大的使用价值。     

卡门常数研究现状及存在的问题

挟沙水流卡门常数是反映固液两相流中泥沙对水流结构影响的重要参数之一。鉴于此,回顾了卡门常数的来历、实质和卡门常数的影响因素、物理意义,总结了国内外因考虑因素不同而导出的卡门公式,接着对研究得到的卡门常数作了一个简要客观的评价,最后指出卡门常数进一步研究需要注意的问题:从能量输移理论进一步弄清楚能量分配机制,同时需要更精确的试验资料进行分析。     

细颗粒含量对粗颗粒含沙量分布及挟沙能力的影响

本文通过水槽试验,研究了细颗粒(粘土类细颗粒)含量对粗颗粒含沙量分布及挟沙能力的的影响。粘土类泥浆具有宾汉流体的特性,其宾汉切应力及刚度系数随细颗粒含沙量S_F的增大而急剧增大。粘性增大使得粗颗粒在其中的沉速大幅度减小,水流中粗颗粒含沙量沿垂线分布趋于均匀,但仍符合扩散理论,即在双对数纸上呈一直线。根据颗粒在宾汉体中下沉的C_D-Re_1关系可以推求粗颗粒在泥浆中的沉速W。而由实测粗颗粒含沙量的垂线分布也可以反算沉速,两者是一致的。S_F极高时流动呈层流流态,粗颗粒含沙量沿垂线均匀分布。粘土泥浆中粗颗粒沉速的减小也有助于粗颗粒的输送。细颗粒含沙量愈大,同样水流强度条件下粗颗粒的输沙率愈高。如果水流强度参数中的沉速采用C_D-Re_1关系推求,则不同细颗粒含沙量泥浆输送粗颗粒的挟沙能力关系可以统一起来。细颗粒含沙量极高的挟沙能力有待进一步研究。     

江苏辐射沙洲陈家坞槽悬沙变化过程及垂线分布资料分析

本文对辐射沙洲陈家坞槽14号站位连续2个潮次的水文、泥沙测量资料进行了分析研究,论述了在非恒定流作用下泥沙的悬浮与沉降过程。定量分析了重力作用与紊动作用对含沙量和床面变形率的影响关系。对水体悬沙的垂线分布进行了拟合,给出了对数拟合关系式,并对该关系式进行了讨论和验证,初步明确了陈家坞槽主槽的悬沙垂线分布基本特征。     

潮汐通道边坡潮流垂向结构及其底床冲淤数值模拟

本文阐述了潮汐通道边坡潮流、悬沙垂向结构，并建立了边坡流速垂向梯度解析式。通过理论关系式和现场观测资料分析论证，得知横向湍流掺混作用是造成边坡流速垂向分布较均匀的主要动力机理，考虑到潮汐通道边坡水动力场和悬沙场分布特点，应用平面二维泥沙运动数值模型模拟边坡区底床冲淤趋势，模式经岙山边坡试算，所获结果与该底床冲淤现状基本一致。     

明渠含沙水流的垂线流速分布特性研究

 为了进一步研究明渠中含沙水流的垂线流速分布规律,在水槽系统中对明渠恒定均匀含沙水流进行了系列试验,利用实测流速资料,计算分析了时均流速的垂线分布。结果表明：在宽深比比较小的明渠中对最大流速点修正的对数公式可以很好地符合实测数据;水槽中心位置的卡门常数要比其边壁附近的小;卡门常数随着含沙量的增加而减小。通过对明渠含沙水流垂线流速分布特性的研究,增强了对明渠含沙水流垂线流速分布规律的认识。     

长江口枯水期最大浑浊带形成机制

用ADCP获得了长江口最大浑浊带内的高频率和高分辨率流速和悬沙浓度数据,对不同定点站位和走航断面的悬沙浓度、流速和盐度数据进行了分析,同时对不同站位的再悬浮通量以及悬沙输运机制也进行了计算,进而讨论了长江口枯水期最大浑浊带的形成机制。结果表明,枯水期的长江口处于淤积状态,再悬浮通量较小,其数量级介于10-4-10-7kg·m-2s-1之间;平均流输运在整个悬沙输送中占主导地位,斯托克斯漂移效应、垂向环流和潮振荡的垂向切变作用对悬沙输运也有着重要作用;通过分析走航断面的数据确定了枯水期中潮期内最大浑浊带的显著分布区域,“潮泵”作用和河口重力环流作用均在该地区最大浑浊带形成中都发挥着重要作用。     

CALCULATION MODELS FOR THE SUSPENDED SEDIMENT TRANSPORT RATE

The calculation accuracy of the suspended sediment transport rate relies on that ofthe vertical distribution of the particle concentration,the particle velocity distribution and thereference concentration.In view of the limitations of the previons formulas for both the velocityand the concentration distributions,general expressions are introduced to the calculation of sus-pended sediment transport rate.Based on these analyses,a simple and practical calculation modelis given in the present paper.     

陈家坞槽潮流特征及潮流流速垂线分布

陈家坞槽14号站位连续两个潮次的流速资料表明，该站位的潮流特点为落强涨弱．分析了该站位的潮流特征、各层潮流流速的椭圆分布、潮平均流速分布及其余流特征．拟合了该站位潮流流速垂线分布关系及其计算式。     

海湾型潮汐通道中大型深水港开发的水沙问题研究

正在建设中的我国钢铁基地曹妃甸的前沿深槽属于典型的海湾型潮汐通道,潮流在深槽内基本为东西向的往复流,是维持深槽水深的主要动力;其泥沙的运动受波浪与潮流共同作用,风浪掀沙作用对含沙量场影响明显。针对这类海湾型潮汐通道的波浪、潮流、泥沙及海床演变的特点,建立了波流共同作用下的二维泥沙数学模型,并进行了2006年冬、夏季大小潮潮流、泥沙的验证。验证结果表明,本海域潮位及15条同步垂线流速、流向、含沙量过程的计算值与实测值吻合良好,矿石码头港池前沿计算的冲淤厚度及其分布趋势与实测值接近。在此基础上,研究了曹妃甸深水港开发引起甸头以南深槽、老龙沟深槽、各港池的流速变化及港池航道内的回淤和台风暴潮引起的骤淤等问题,为论证沿海潮汐通道的保护利用以及港口工业的发展等提供依据。     

水流作用下的悬沙垂向扩散系数

利用华东师范大学河口海岸学国家重点实验室的波-流-泥沙变坡水槽,进行系列二维均匀流平衡输沙情况下悬沙扩散特性研究实验.根据实验数据,计算不同水流情况下的悬沙浓度垂向分布,确定悬沙垂向扩散系数及它的垂向分布.所得结果表明悬沙垂向扩散系数与水流扩散系数成正比,其比例系数正比例于摩阻流速;悬沙扩散系数的垂向分布可用抛物线来描述.     

长江河口北槽近期盐淡水混合与悬沙输运研究

基于2013年枯季大潮期间在长江口北槽河道现场定点观测数据(包括潮流、悬沙浓度、盐度),通过对盐水入侵影响水流结构及泥沙运动过程的分析,对北槽河道盐淡水混合与悬沙输运进行了研究。结果表明:观测期间,北槽河道纵向及垂向受不同程度的盐度梯度影响,涨落潮过程中垂线流速不再保持无潮河流的分布规律,河口水流结构发生改变,促使出现上层水流向海、下层水流向陆的河口环流。在多重因素作用下,特别是环流阻碍了河流泥沙的正常下泄,并有利于底层泥沙上溯,出现上层输沙向海、下层输沙向陆的现象。各段河道中,垂向净环流项均向陆输沙,但向海的平流输沙及潮泵输沙作用更强,所以观测期间悬沙表现均为向海净输移。