射阳海岸带修复工程效果数值模拟研究

近年来受黄河三角洲区域侵蚀影响，射阳海岸带湿地面积急剧减小，急需开展生态整治修复工程.应用河口海岸潮流泥沙数值模拟系统，计算分析项目建设前后海洋水文动力和泥沙冲淤环境改变，并通过物模试验进一步验证海床冲淤情况.模型计算结果表明项目建设后，潜堤两侧流速及堤后波高也出现不同程度的减小，有利于形成堤内侧床面增积的状态，潜堤内床面增加的年淤积厚度约0.02～0.45 m，工程岸段逐渐向冲淤平衡或微冲微淤状态发展.堤后波能降低，阻挡了波浪对海堤的侵蚀，近岸冲刷幅度均有降低.物模试验结果表明方案实施后南侧、北侧堤后平均冲刷深度分别减小为0.03、0.02 m.根据研究结果可知该工程能发挥对内部潮滩的保护作用.     

南汇嘴-崎岖列岛海域海床演变初步探讨

利用2005年春季水文泥沙测量资料和历史海图资料，在分析水动力条件、悬沙和沉积物特征基础上，对海床冲淤量进行计算，探讨了南汇嘴 崎岖列岛海域海床演变的基本规律.得出最近50年来海区呈现淤积减弱和冲刷加强的趋势，而造成这一趋势的原因主要包括海洋动力作用、长江入海泥沙变化以及近岸大型海岸和海洋工程的建设等.     

外钓光汇石油基地工程水动力及海床冲淤数值模拟分析

外钓光汇石油基地工程位于舟山外钓山岛南侧,建设内容包括基地填海工程、工作船码头和3 000 t级油品码头。工程建设会对附近海域的水动力及海床冲淤造成一定程度的影响。本文利用Delft3D建立了工程区附近海域二维水动力数值模型,结合实测潮位、潮流资料,对该模型进行了验证,进而定量计算了基地工程实施后附近海域的潮流和海床冲淤变化。结果表明,在工程区东侧围堤和码头后方,涨、落潮流速明显减小,幅度为20%～40%,相应地海床趋于淤积,最终淤积厚度为0.8～1.2 m;码头对岸老塘山港区前沿的涨、落潮流速有所增加,幅度为5%～20%,相应地海床趋于冲刷,最终冲刷厚度为0.4～0.5 m。     

泥沙输运与海床演变对曹妃甸港口工程的响应特征

采用Delft3D软件建立了波流共同作用下曹妃甸海域三维泥沙输运与海床演变数学模型,使用2012年实测潮流和含沙量对模型进行验证.运用验证后的数学模型对2012年曹妃甸工程的泥沙输运和海床演变进行模拟,从而分析泥沙输运与海床演变对港口工程的响应特征,得出以下结论:曹妃甸海域含沙量较低,小于0.2kg·m-3,呈现在平面上为西部高、东部低,滩地高于外海,在垂向上为由表层至底层增大的特点;甸头、西部滩地和东坑坨海域为主要冲刷区,西部深槽和东部老龙沟深槽为主要淤积区.海床一年的冲淤演变总体在0.5m以内,海床是动态稳定的,冲刷率和淤积率均是港口运行可接受的.     

强潮海湾水动力环境对人类干预的响应——以泉州湾为例

泉州湾平均潮差大于4.2m,最大潮差超过6m,是典型强潮海湾.泉州湾向东面向台湾海峡开敞,年平均波高0.9m,最大波高2~4m,泥沙运动受波浪和潮流共同作用.针对泉州湾海域波浪、潮流、泥沙以及海床演变特点,建立了二维波流泥沙数学模型,2016年大小潮验证表明,计算潮位、流速、流向、悬沙含量与实测过程吻合良好,计算泥沙冲淤量和分布趋势与实测值接近.在此基础上,研究了不同强度人类干预对泉州湾水动力环境的影响.结果表明,1978年以来的边滩围填使泉州湾入口、石湖秀涂断面、洛阳江进出潮量分别减少约4%、8%和14%;人工岛引起的冲淤主要在工程周边,对泉州湾滩槽稳定格局影响较小.纳潮量是维持海湾滩槽稳定的重要指标之一,海湾开发过程中要尽可能不影响海湾以及入湾河口泄洪纳潮.研究结果可为类似强潮海湾滩槽保护、开发利用等提供借鉴.     

黄河宁蒙河段近期水沙特性及冲淤过程研究

针对宁蒙河段近期水沙问题,以水力学及河流泥沙动力学为基础,研究河道水沙变化后河道冲淤临界指标.利用1952—2012年黄河宁蒙河段各水文站点实测资料,系统分析了河段水沙变化特性,点绘出河段汛期单位水量冲淤量与来沙系数关系,计算了不同河段河道临界冲淤条件.结果表明:宁夏下河沿-青铜峡河段河道基本能维持冲淤平衡,青铜峡-石嘴山河段河道呈微淤趋势,石嘴山-巴彦高勒河段冲淤调整量不大,内蒙三湖河口-头道拐河段随着进口流量的增加冲淤效率呈现淤积少—淤积多—淤积少—冲刷的变化特点;当平均流量小于1 000 m3/s时,宁蒙河道发生淤积,随着流量的增大,宁蒙河道处于冲刷的状态;当进口站含沙量小于7 kg/m3时,宁蒙河段基本表现为冲刷状态,当含沙量大于7 kg/m3时,宁夏青铜峡至石嘴山河段汛期冲淤平衡临界来沙系数为0.003 4 kg·s/m~6,内蒙古巴彦高勒至头道拐河段汛期临界来沙系数为0.004 5 kg·s/m~6,内蒙河道河道汛期冲淤平衡临界来沙系数大于宁夏河道.     

波浪作用下堤前沙质海床冲淤形态

通过水槽试验,研究了不规则破碎波作用下不同水深、不同波谱、不同粒径和不同海床坡度情况下堤前沙质海床的冲淤形态,按照波作用和泥沙粒径的相对关系,将其分为5种类型:堤前冲刷Ⅰ型、堤前冲刷Ⅱ型、堤前冲刷Ⅲ型、堤前淤积Ⅰ型和堤前淤积Ⅱ型,并分析了各种冲淤形态的形成过程.总结和比较了不同波浪作用引起的堤前海床冲淤形态之间的异同,从入射波组成的角度,揭示了不规则破碎波作用下堤前海床冲淤形态与立波及规则破碎波作用下冲淤形态的关系.     

狭长小型河口冲淤特征与演变机制

基于Mike21软件建立狭长小型河口——风河河口的二维潮流、波浪和泥沙输运数学模型,并运用验证合理的模型研究风河河口及其邻近海域的水沙动力特征,探讨50年一遇风暴浪作用下狭长小型河口冲淤演变的响应特征.结果表明,纯潮流作用下,河道总体呈现"上淤下冲"的演变态势,潮不对称输沙是风河河口地貌演变的主要原因;河口冲淤在正常天气下受潮流控制,在极端天气下受风暴浪控制;常浪与潮流耦合作用下,河道内冲淤分布与纯潮流相似;50年一遇波浪耦合潮流作用下掀沙能力显著增强,其中SE向和E向波浪影响最大,近岸海域主要呈冲刷态势,河口河道呈淤积态势,并且淤积厚度比纯潮流作用下高一个量级.     

龙穴南航道整治工程对潮流泥沙影响的模拟

建立了覆盖珠江河口河网区与口外海滨区的大范围整体平面二维水沙数学模型,模拟计算了珠江河口的水沙空间分布特征。利用近期伶仃洋水域实测水文资料进行了验证,验证结果表明模型能够较好地模拟珠江口的潮流泥沙运动。在此基础上,通过局部加密,模拟了龙穴南航道整治工程实施前后潮流泥沙运动过程变化,计算并分析了工程实施对周边水域水动力条件的影响和航道沿程的水流条件变化以及航槽泥沙回淤状况等。研究结果表明:龙穴南水道内,潮流为西北-东南方向往复流;整治工程后,上段流速略有增大,下段流速略有减小,但总体流速变化较小。泥沙回淤预测结果显示,出海口以上航道有冲有淤,以淤积为主,平均淤积强度为0.12 m/a;出海口航道整体处于淤积状态,平均淤积强度为0.64 m/a。     

海床演变对山海关旅游海滩生态修复工程的响应特征

针对海滩侵蚀问题展开了包括滩肩补沙和离岸潜堤在内的海滩修复工程.为评估工程效果,采用Delft3D软件建立了山海关海域的泥沙输运和海床演变模型,使用2015年至2016年的实测资料验证模型.基于验证后的数学模型对工程海域泥沙输运与海床演变变化特征进行分析.结果表明:工程引起了近岸区域泥沙浓度的减小,减小幅度随离岸距离的增大而减小.工程建设前工程海域的侵蚀较为严重,工程的建设大大减小了近岸海域的冲刷深度,有效地保护了工程岸段海滩.工程后冲淤变化幅度第1年最大,然后逐年减少.     

新洋港入海港道冲淤保港需水量研究

为解决入海港道修建挡潮闸后对涵闸排涝效率以及入海港道通航能力产生较大影响的闸下淤积问题,基于MIKE11模型中的CST模块对盐城市入海港道——新洋港冲淤保港需水量进行研究。MIKE11模型中的CST模块由水动力学模型与泥沙输移模型耦合而成,根据闸下60 m、970 m、3 030 m三处断面的实测水位、流量和河床淤积高度资料,进行水动力学模型和泥沙输移模型参数率定,最终在设定闸下淤积高度不超过0.1 m的条件下,由MIKE11 CST模型确定出的新洋港冲淤保港生态流量为80 m~3/s,接近于2006年12月新洋港引江冲淤实验中得出的不冲不淤情况下的保港流量85 m~3/s。     

平潭竹屿湾潮流泥沙运动特征的数值模拟分析

基于非结构网格FVCOM模型构建平潭竹屿湾潮流泥沙计算模型,开展竹屿湾附近海域潮汐潮流、悬浮泥沙输运模拟计算,分析其潮流泥沙的运动特征。模型计算结果显示,海坛海峡内潮波为前进波,潮流与潮位变化同步,但竹屿湾内的潮波为驻波;海坛海峡内大潮、小潮期间垂线平均悬浮泥沙浓度差别较小;现状条件下海床的年最大冲刷强度约为10 cm·a-1。实测数据与模拟计算结果的对比研究表明,模型可以较好地模拟竹屿湾附近潮汐潮流和泥沙的运动特征;竹屿湾海床总体稳定,可能是周围工程建设和人工采砂导致竹屿湾海床局部发生冲淤。     

三峡水库蓄水前后皇华城河段水流条件变化及泥沙冲淤分析

皇华城河段位于三峡水库常年回水区,下距三峡大坝354 km。河段平面形态呈"S"形,天然时期呈汛淤枯冲、具有年际间平衡特性。受三峡水库蓄水影响,皇华城河段水位大幅抬升,流速变缓,河势发生较大改变,导致泥沙大量落淤,已成为库区淤积最严重的河段之一。根据实测地形、来水来沙资料,通过统计分析和数学模型相结合的方法,分析了研究河段蓄水前后水流条件变化及泥沙冲淤特性,以及水力学条件变化与泥沙淤积的统计关系,初步预测了河段泥沙淤积的发展趋势。     

不同围填海方案对南黄海辐射沙脊群海域的冲淤影响研究

本文采用MIKE21二维水动力模型模拟了南黄海辐射沙脊群海域的潮流形态,模拟结果与实测潮流基本一致.在此基础上,比较了三套不同围填海方案对工程附近区域的冲淤影响.从整体上看,三套方案都会对工程周边海域的海底冲淤产生明显影响.条子泥围填海工程后在其北部产生淤积,在东南部产生冲刷.东沙和高泥两座人工岛的建成使原本以弶港为中心扇形辐聚、辐散的潮流格局有所改变,潮流进出主要集中在西洋水道南端和黄沙洋水道西端这两条潮流通道,通道内流速增大,产生冲刷;而两人工岛东部和弶港东部海域产生淤积.基于目前的模拟结果,只建设高泥和东沙两座人工岛更有利于维持西洋水道和黄沙洋水道的畅通,对近岸港口资源具有保护作用.     

潮滩减少对杭州湾悬沙特征的影响

1974至2020年间,杭州湾沿岸潮滩累计减少面积将达1 290 km2,占杭州湾水域面积的25.8%.基于FVCOM水动力数值模型,耦合水沙密度,引入悬浮泥沙对底边界层的影响,并考虑细颗粒泥沙絮凝过程,建立河口三维细颗粒泥沙数值模型,提高了高悬沙浓度河口悬沙数值模拟的准确性.实测及卫星反演数据验证结果显示,该模型能较好地模拟杭州湾水沙运动.基于所建模型,采用不同时期的杭州湾潮滩数据,研究潮滩面积减小对悬沙浓度、悬沙通量及冲淤分布的影响机理.结果显示:潮滩减少过程中湾内流速及底床切应力发生变化,进而影响湾内悬沙浓度.杭州湾潮滩减少导致乍浦以西水域流速降低,月均悬沙浓度最大减幅高达30%.乍浦以东水域流速增大,月均悬沙浓度升高约15%.潮滩减少主要通过影响潮泵效应,进而改变湾内悬沙输运特征,平流输沙项在潮滩减少过程中对杭州湾悬沙特征的影响较小.1974至2003年间,杭州湾潮滩面积减少约787 km2,澉浦断面潮泵效应增强,陆向悬沙净通量增大,金山、芦潮港断面陆向悬沙净通量减小,杭州湾淤积量减少.2003至2020年间潮滩面积减少约503 km2,金山、芦潮港断面潮泵效应增强,陆向悬沙净通量增加,而澉浦断面由于潮泵效应减弱导致悬沙净通量减小.杭州湾内湾淤积量不断增大,外湾冲刷量逐渐增大.研究结果可为河口海岸规划和环境管理提供科学依据.     

从珠江口沉积物粒度参数特征分析泥沙来源及其运移趋势

珠江口表层沉积物类型复杂,但可归并为11种基本类型。通过其粒度参数分析,追溯本河口区域泥沙来源是以径流和落潮流下泄泥沙为主,海域来沙为辅。泥沙运移的基本形式是以悬移运动为主要,大量落淤在河口湾的泥沙经过淤落、搅动、掀起等形式的区域内部调整搬运,形成了珠江口海区的大面积悬移质细粒泥沙沉积。泥沙运移的基本趋势是在科氏力影响下及海岸流作用下向珠江口西岸运移。     

多工程和波流耦合作用下养护海滩的地貌演变特征

为探究秦皇岛市戴河口至洋河口岸段海滩在养护工程实施后的地貌演变特征,采用双重嵌套网格技术在验证良好的波流耦合水动力模型基础上建立该海域的泥沙输运及海床演变模型,模型得到了实测资料的良好验证。模型的计算结果及实测剖面资料表明：潮流和常浪耦合下的泥沙分布与潮流和和强浪耦合下的泥沙分布形式一致,平均泥沙浓度及工程前后泥沙浓度增加值落急时刻大于于涨急时刻;工程后沙坝周围出现悬沙高浓度带,常浪时位于沙坝向岸侧,强浪时带位于沙坝向海侧;工程后沙坝处发生侵蚀,沙坝向岸侧发生淤积,沙坝向岸移动,工程在有无风暴潮的情况下均能起到保护海滩的作用。     

江苏辐射沙洲小庙洪水道深水航道冲淤观测分析

吕四10万吨级进港航道为江苏辐射沙洲首条人工开挖深水航道,关于其建设环境、冲淤特点的研究分析对整个辐射沙洲建港都有重要意义。根据对吕四进港航道实测水文、泥沙及地形资料的分析表明:正常天气下航道竣工后月平均淤强约为0.05 m,淤积原因主要为航道疏浚后过水断面增加造成航槽内流速有所减小,使进入水体的浅滩细颗粒泥沙在航道内落淤。但由于深槽区域航道段潮流动力条件较强,泥沙难以大量落淤,从而使得航道整体淤强不大。     

湄洲湾秀屿港进港航道悬沙分布特征和运移趋势

湄洲湾秀屿港是福建海岸重要的港口之一,港口发展需要了解湄洲湾海域的海流及悬沙分布变化特征.本研究对湄洲湾秀屿港进港航道3个站位进行周日连续水文、泥沙观测,通过对获取的数据进行分析比较,得出湄洲湾秀屿进港航道泥沙变化特征和运移特征.湄洲湾潮流为正规半日潮流.由于受地形所制约,潮流为比较稳定的往复流.涨、落急时刻流速大,含沙量随之增大并形成于底层.由于湄洲湾无大径流输沙,周边海岸的侵蚀输沙影响也不大,海域悬沙量浓度主要取决于潮流掀沙.本调查区域悬沙的颗粒主要集中在0.004~0.063 mm,现场测定的海流流速与泥沙的启动流速相关,流速与泥沙的浓度基本是正相关关系.湄洲湾余流总趋势是表层向外,底层向内,在近湾顶的秀屿西北海区存在潮汐余流环流,断面净输沙量进大于出.     

基于RS，GIS的长江口冲积沙岛冲淤变化

根据1997年，2002年和2003年3幅不同时段的卫星照片，以及各相应时段上海港潮汐水位和1982年海图等资料，采用RS，GIS技术进行分析和处理，计算出长江口深水航道整治一期工程前后九段沙及江亚南沙的面积，实现了对工程前后九段沙岛泥沙冲淤特点及冲淤速度变化的分析．从沙岛的自然延伸方向、航道整治工程方向和南北方向计算了沙岛各部分的淤涨与冲刷速率，分析了深水航道对该岛屿冲淤演变的影响．结果表明，由于长江口深水航道整治工程的建设，九段沙及江亚南沙的演变特点及速度有明显变化：①九段沙6年来的淤积面积增长很快；②沙岛自然延伸方向淤涨速度有所下降；③沙岛沿航道整治工程导堤方向上的淤积速率增加；④沙岛局部位置冲刷程度有一定增强．