感潮河网区水沙运动的数值模拟

根据感潮河网区水沙运动特征,建立了一维感潮河网区非恒定水沙数学模型,对河网区水沙运动和河床变形进行了数值模拟,并在水沙模拟的范围内着重对河网区内动边界的处理、挟沙力公式的选用、内边界含沙量的确定等问题进行了讨论,提出了解决问题的途径和技术处理方法。采用东江下游感潮河网区的水文和河道地形资料对所建模型进行了检验,模拟结果较好地反映了感潮河网区水沙运动的往复输运特征和河道冲淤的宏观效应。     

A Breadth Averaged Numerical Model for Suspended Sediment Transport in Hooghly Estuary,East Coast of India

Sedimentation is of vital concern in the conservation, development and utilization ofour soil and water resources. The suspended sediment in estuarine waters is hazardousto navigation in estuaries, which have important ports and harbours. A breadth-averagednumerical model to study circulation and sediment transport is presented in this paper.The model is applied to Hooghly estuary, along the east coast of India. The model is fullynon-linear and uses a semi-explicit finite difference scheme to solve mass, momentum andadvection diffusion equation for suspended sediments in a vertical plane. The erosion anddeposition have been computed by empirically developed source and sink terms in thesuspended sediment equation.     

多沙河流平面二维泥沙数学模型研究

针对冲积河流河床演变速度快、边界调整幅度大的特点,采用积分方法数值求解水流泥沙基本方程,建立了适合于多沙河流泥沙及河床演变规律的二维数学模型,在数值方法方面考虑了物质守恒性及对多变边界的适应性,采用了比较简单的动边界处理模式。通过工程实例的计算验证,证实了模型所采用的基本方法是合理的,模型有较强的河床边界适应能力,可用以解决有关多沙河流河床演变预测及浑水洪水预报的有关问题。     

Coupled Model of Two-phase Debris Flow, Sediment Transport and Morphological Evolution

The volume fraction of the solid and liquid phase of debris flows,which evolves simultaneously across terrains,largely determines the dynamic property of debris flows. The entrainment process significantly influences the amplitude of the volume fraction. In this paper,we present a depth-averaged two-phase debris-flow model describing the simultaneous evolution of the phase velocity and depth,the solid and fluid volume fractions and the bed morphological evolution. The model employs the Mohr–Coulomb plasticity for the solid stress,and the fluid stress is modeled as a Newtonian viscous stress. The interfacial momentum transfer includes viscous drag and buoyancy. A new extended entrainment rate formula that satisfies the boundary momentum jump condition(Iverson and Ouyang,2015) is presented. In this formula,the basal traction stress is a function of the solid volume fraction and can take advantage of both the Coulomb and velocity-dependent friction models. A finite volume method using Roe's Riemann approximation is suggested to solve the equations. Three computational cases are conducted and compared with experiments or previous results. The results show that the current computational model and framework are robust and suitable for capturing the characteristics of debris flows.     

Einstein床沙质输移理论的再研究——关于粗颗粒床沙质输沙率的计算

本文讨论了H.Rouse泥沙浓度分布公式的数学性质.在此基础上,将悬浮指数z<1的泥沙定义为细沙;将z≥1的泥沙定义为粗沙。本文推导了粗沙情况下床沙质输沙率的解析计算公式,经与数值结果比较,表明本文的推导是正确的。     

辽东湾北部浅海区泥沙输送及其沉积特征

根据实测资料，本文定量分析了辽东湾北部泥沙输送及其分布，并对辽河三角洲沉积区划作了初步讨论。研究表明本区泥沙以纵向搬运为特征。双台子河以西来沙和辽河西水道入海泥沙是区域东部拦门沙体和浅滩发育的主导因素。汛季大潮期，泥沙自西向东运移落淤在河口及毗邻浅水域；小潮期，泥沙除向东扩散外，大部泥沙向海方搬运。调查区可划分六个现代沉积作用区，即潮坪沉积区、辽河水下三角洲细粒沉积区、河口沙洲沉积区、波浪潮流冲蚀沉积区、河口冲积沉积区以及潮汐水道沉积区。     

河网非恒定水沙数学模型研究

建立了能够适用于多种情况的河网非恒定流水沙数学模型。推导提出了河网泥沙方程组的分级解法,提出了适用于河网计算的汊点分沙模式,分析和对比了多种分沙模式的适用性,对河网区域中可蓄水汊点也提出了相应的处理办法。采用汉江杜家台分蓄洪区的资料作了模型的验证和应用。     

Interglacial high‐tide coasts in the Bristol Channel and Severn Estuary,southwest Britain: a comparison for the Ipswichian and Holocene

The Ipswichian high‐tide coast in the Bristol Channel and Severn Estuary at the time of the highest sea‐levels (5–10 m OD) was wave‐dominated almost everywhere. It is defined by raised beaches and inshore sand shoals, and only in comparatively long but narrow inlets (Somerset Levels) are estuarine conditions evident. The modern Holocene seaway is wave‐dominated at high tide only up to and including the inner Bristol Channel. A muddy upper shore typifies the large, tide‐dominated Severn Estuary to the east and northeast. The larger depth and width of the Ipswichian seaway may explain its greater wave‐dominance, but it is also possible that differences in the sediment regime also contribute to the contrast observed. With water levels continuing to rise, the Holocene seaway could reach Ipswichian depths within a few thousand years and evolve toward greater wave‐dominance. A secondary effect may be the transgression and substantial removal of the Holocene estuarine sequence associated with the Severn Estuary Levels. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

嘉陵江不同区域场次洪水输沙规律

对于雨洪河流,河流年输沙量主要来源于1场或几场高强度暴雨洪水过程,开展流域次洪输沙规律研究对认识流域水沙变化特性、提升流域产输沙的预测能力具有重要意义。利用嘉陵江流域小河坝站、罗渡溪站、武胜站及北碚站的历年场次洪量与输沙量资料,基于径流侵蚀功率理论和M-K分析等方法,系统分析了嘉陵江不同区域的次洪输沙特性。结果表明：嘉陵江流域汛期洪量和输沙量主要来自于嘉陵江干流;嘉陵江不同区域场次洪量均呈不显著减少趋势,次洪输沙模数(输沙量)总体呈显著减少趋势,但小河坝站2013—2020年次洪输沙模数(输沙量)呈显著增加趋势;随着径流侵蚀功率的逐渐增加,各区域不同时段的次洪输沙模数(输沙量)的变幅逐渐减小;嘉陵江干流区武胜站场次洪水输沙过程受人类活动影响最大、渠江罗渡溪站次之、涪江小河坝站最小;受汶川地震及强降雨等影响,小河坝站和北碚站2013—2020年次洪输沙量较1999—2012年有一定程度增加,但北碚站增幅小于小河坝站。     

A Simulation Study on the Evolution of Groundwater Circulation Systems in Cenozoic Basins of Northern China

Three Cenozoic basins-the Qaidam basin, the Weihe graben-type basin and the North China plain-which are different in climatic conditions, geological settings and run-off types, are selected for the study. Based on an analysis of background information of the transect along the middle-latitude region, studies of groundwater dynamics, geochemistry, simulation of water circulation of the main elements as well as isotopic chronology, the information on global changes is collected, the formation of groundwater circulation systems and their evolution under stacked impacts of natural conditions and human activities are discussed, and a correlation is made between the evolutionary features of the above systems in these basins since 25 ka B.P. All these have laid a good foundation for further generalizing the evolutionary model of land water in northern China.     

皇甫川流域次洪水沙特征值变化特点

黄河流域径流量呈现锐减趋势,径流锐减突出表现在中游河口镇至龙门区间。以河龙区间皇甫川流域为典型支流,选择19542012年洪峰流量大于100m3/s的洪水共271场,分析了次洪水沙特征值的变化。得出如下结论:近些年洪水发生次数和年最大洪峰流量高值出现次数均有减少趋势;次洪洪量和次洪沙量基本呈现逐年代减少的趋势,沙量减少幅度远大于洪量的减幅;涨洪历时比较短,峰型普遍偏尖瘦;洪峰流量大的洪水的基流量占洪量的百分比明显低于洪峰流量小的洪水对应的比值。     

晚更新世江苏海岸带沉积分布模拟研究

中国边缘海大陆架在晚更新世时期曾是海岸平原,在古长江、古黄河泥沙填充下形成了陆架堆积体,并在全新世发育了南黄海辐射沙脊群、废黄河三角洲和长江三角洲。根据点状的地质钻孔分析和重建,对南黄海-江苏海岸的沉积体系的分布和变化机制尚不明了。作为动力机制探讨,基于气候-海面-沉积系统,根据气候水文学、沉积学原理以及泥沙沉积面的动态高程计算,构建了气候冰川驱动-东黄海地海系统响应-河流沉积建造的数值模式,模拟了14万年、4万年和1万年不同时间尺度江苏海岸线和长江三角洲沉积的变化过程和分布,进而对冰川气候、构造沉降、沉积压实等复杂效应下的海面特征、陆源泥沙沉积和海岸线进行分析。模拟结果与地质钻孔资料揭示的层序和埋深能够进行对比。     

大辽河口存留时间和暴露时间数值模拟

为了研究河口的物质输运机制,采用一个基于有限体积海岸海洋模式(FVCOM)的三维对流-扩散模式对大辽河口5个分区典型径流条件下的存留时间和暴露时间进行计算,得到了示踪物从河道第1次输送至入海河口的时间,以及随后返回河道里往复运动的时间,并据此统计得到回复系数以及表征各个分区之间相互影响的分区暴露时间矩阵。结果显示:潮汐、径流之间的相互作用控制着大辽河口的存留时间;暴露时间与存留时间的变化趋势一致,但大小差别很大,在枯、平、丰水期,暴露时间比存留时间分别多8 d、3 d、1 d;枯水期入海口河段回复系数可以达到0.94,示踪物会在这个区域多次回荡;除了涨急时刻的入海口河段,其他情况下大辽河下游分区对上游分区影响较小。     

闽江河口区水体中镭的分布特征及河水与海水的混合速率

入海河口中河水与海水的混合是海洋学中一个重要的界面过程,两者混合尺度和混合速率关系到河流携带物质的扩散范围和归宿,采用天然示踪剂²²⁴Ra和²²⁶Ra计算河水与海水的混合速率。2010年8月28日,采集了闽江河口区地下水样20个、河水样13个、河水与海水的混合水样12个,分别测量了每个水样的盐度、²²⁴Ra活度和²²⁶Ra活度。结果表明：地下水中²²⁴Ra、²²⁶Ra活度普遍高于河水;所有水体中的²²⁴Ra活度普遍都高于²²⁶Ra活度;河水遇到海水后,²²⁴Ra活度出现较大幅度的增加,而²²⁶Ra活度的增加并不明显。基于²²⁴Ra与²²⁶Ra半衰期的差异,在只有河水与海水发生涡流混合的情况下,计算获得河水与海水的混合速率为140.2~142.5 m/h。     

磨刀门河口环流与咸淡水混合层化机制

为研究磨刀门盐水混合层化特征,基于SCHISM模型,建立了三维盐度数值模型,根据实测资料对其进行验证。结合水体势能异常理论,对枯季磨刀门河口混合层化的时空变化特征及深槽与浅滩的层化机制差异进行分析。结果表明:磨刀门河口小潮时水体层化最强,中潮时水体层化最弱,且拦门沙至挂定角段水体层化始终较强。磨刀门深槽水体层化主要受纵向平流、纵向水深平均应变和垂向混合影响,而浅滩水体层化则受横向平流、横向水深平均应变和垂向混合影响;磨刀门河口表、底层水体湍动能耗散率较高,而中间水层存在低耗散区,且涨潮时湍动能耗散率比落潮时大。     

空气反循环钻探管路中介质及固相参数的测试与研究

反循环钻探管路中空气的运动参数包括流量、流速、压力、差压,相互间存在一定的函数关系,这些参数对携带固相有很大影响。测试运动参数并找出规律性,探讨介质携大相的运动机理,对反循环钻探施工有一定的指导意义。介绍了测试内容及目的,并对测试结果进行了分析。     

淤泥质河口水沙运动数学模型相关问题

为研究淤泥质河口的水沙运动规律,建立了用于模拟淤泥质河口水沙运动的二维数学模型。该模型采用基于无结构三角网格下的有限体积法对方程组进行离散,结合Roe-MUSCL方法及时间方向的预测-校正格式,使模型在时空方向具有二阶计算精度。模型中分别采用不同方法计算粘性和非粘性泥沙的输移源项,并引入粘性泥沙的起动流速和冲刷率计算公式。采用已有的概化水槽试验数据对模型进行了初步验证。然后模拟了1995年10月小潮及大潮期间海河口的潮流运动与泥沙输移过程,计算得到的潮位、潮流速及含沙量过程与实测过程符合较好,结果表明模型能够用来模拟淤泥质河口粘性和非粘性泥沙的不平衡输移过程。同时还比较了泥沙输移源项的不同处理方式对计算结果的影响,计算表明在淤泥质河口水沙运动数学模型中必须同时考虑粘性和非粘性泥沙的输移。     

Characteristics of Oil Contamination and Numerical Modelling of Its Transport in Fracture-Karst Water in Zibo City,China

In this paper, the hydraulic characteristics of the fracture-karst aquifer and the distribution patterns of petrochemical contaminants are studied. Then, a numerical model using the mixed Eulerian-Lagrangian approach is constructed to predict the distribution and transport of petrochemical compounds in groundwater. The results of numerical modelling and sensitivity analysis show that it may be a workable way for aquifer remediation to combine contamination sources control and capture zone establishment.     

圆柱绕流无沙区试验研究

试验发现推移质泥沙随水流绕过圆柱体时,将在圆柱周围的床面上形成一个无沙区。根据动能定律建立了圆柱绕流无沙区的定量关系式。分析该定量关系式可知,无沙区的范围随圆柱直径的增大而增大;当泥沙粒径减小时,无沙区的范围将增大;水流条件的变化直接影响泥沙颗粒的运动情况,同无沙区的形成、消失及范围大小有密切的关系。理论分析结果同试验现象是一致的。     

松散沉积物中水合物降压分解阵面演化实验及数值模拟

水合物分解阵面是水合物 开采现场监测关注重点之一,其传播速率与水合物开采效率密切相关,但是目前松散沉积物中水合物降压分解阵面演化数据积累明显不足。进行了松散沉积物中水合物降压分解阵面演化实验 ,采用时域反射技术测量了水合物饱和度随时间的变化,分析了水合物分解阵面的传播规律;提出了轴对称水合物降压分解数学模型并进行了适用性验证,通过敏感性分析探讨了影响因素对 水合物分解阵面演化过程的影响关系。基于室内实验和数值模拟认为：(1)水合物降压分解阵面传播距离与其传播时间平方根呈近似线性关系;(2)水合物降压分解阵面传播速率随其传播距离 的增加而迅速减小;(3)水合物降压分解阵面传播速率随着绝对渗透率基准值、气体饱和度初始值和环境温度的增加而增大,随着水合物饱和度初始值、下降指数和出口压力的增加而减小。