海域水动力对老虎石海滩养护响应关系分析

老虎石海滩的海滩养护工程包含三段滩肩补砂和两个吹填的水下沙坝式潜堤.采用软件Mike 21建立老虎石2维潮流和波浪数学模型.根据2011年水文波浪实测资料对数学模型进行了验证和计算效率评价,评价结果表明计算的潮位和潮流过程与实测值吻合较好,精度较高.重点研究了海滩养护对其近岸区域潮流和波浪的影响,得到沙坝坝身处是流速、波高变化最大的位置,受动力作用影响最大.吹填沙坝因波浪增高掀沙、潮流挟沙输运,可为其后方的海滩提供沙源补充.近岸区域潮流动力较弱,波浪变化较小,采用人工补砂和水下沙坝式潜堤双重整治的海滩养护工程对海滩上人工养护泥沙的保存非常有利.     

波流对人工岬头和海滩养护工程的响应

以新开河口至南山岸线为研究对象,为减少海岸侵蚀,在岸线两端修建人工岬头和包含水下沙坝的海滩养护工程.基于MIKE 21软件建立潮流和波浪耦合模型,研究波流动力对人工岬头和海滩养护工程的响应变化.人工岬头的挑流作用使得东西岬头前流速增加,但岬湾内部流速减小并在岬头后侧形成弱环流.海滩养护工程后沙坝坝顶有效波高略有增加,但沙坝之间有效波高有所削减,沙坝后侧海域波高明显减少;滩肩前方海域有效波高减小,涨潮期间波高减小量大于落潮期间波高减小量.人工岬头和海滩养护工程的共同作用可有效削减岬头和沙坝环抱海域特别是近岸的潮流和波浪,减少海岸侵蚀.     

岬湾海岸海滩养护工程对水体交换的影响

岬湾海岸内岬头后侧水动力条件较弱容易造成水体生态环境退化,水环境改善可归结为控制污染物,而水体交换能力的强弱反映了水体自净能力.采用MIKE 21软件建立潮流和保守物质输运模型对人工岬湾内部进行分区研究,引入时间尺度指标定量分析水体交换对海滩养护的响应.由于海滩养护工程中沙坝与水流走向保持基本平行,沙坝修建后使得岬头后侧环流减弱,沙坝坝顶处流速增加,两沙坝间通道流速减小.滩肩前方海域流速减小,两沙坝后侧的流速减少更多.人工岬头与沙坝之间形成潮汐通道使得靠近岬头处流速有所增加,工程后滞留时间缩短;其中岬湾内近岬头的2个子区域滞留时间减少量较多,岬湾内中部区域滞留时间变化不明显.波浪和风场均会促进水体交换,但由于波浪受到风场影响,波浪和风场共同作用下滞留时间并不为单独条件的线性叠加关系.     

山海关旅游海滩生态修复工程水动力变化特性

为改善海滩环境,针对山海关白鹭岛至唐子寨岸段展开了旅游海滩生态修复工程.基于Delft3D软件采用三重嵌套的方法建立了渤海-秦皇岛海域-山海关海域的波流耦合数学模型,并用实测资料进行模型率定和验证.基于验证后的数学模型对工程海域水动力变化特征进行分析,结果表明:潮流场基本不受工程影响,海域的水体交换能力基本不变;潜堤掩护区常浪下的波高减幅约为10%,强浪下的波高减幅约为20%.总体上,山海关旅游海滩生态修复工程的建设既保护了工程海域水动力环境,又削弱了波浪对海滩的侵蚀,有利于维持当地旅游海滩的生态环境与稳定.     

基于WRF风场再分析的银滩波浪场数值模拟

北海银滩海域实测波浪资料缺乏,为了获取银滩附近海域的波浪数据,以便对银滩水动力条件进行分析,利用WRF(全球气候模型)对NCEP(美国环境预测中心)的CFSR(气候预测系统再分析)资料进行再分析,得到北海区域高空间分辨率的10 m高度风场,并建立潮流模型以计算北海海域潮流场,进一步利用风场、潮流场成果建立MIKE 21 SW波浪模型对北海海域波浪场进行模拟计算及分析。结果表明:模型计算成果合理,可为银滩海域波浪分析提供有效的手段;北海银滩附近全年波浪以南向浪为主且趋于与银滩滩面垂直,全年浪高多为0.2~0.5 m,波浪周期一般为2~4 s。     

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。     

龙凤头海滩修复工程与波流动力响应特性

基于MIKE 21软件建立平潭龙凤头海滩修复工程海域双重嵌套二维潮流和波浪耦合数学模型,并将验证后的模型运用到工程设计方案实施前后潮流场及波浪场的模拟,比较分析水动力的变化.研究结果表明:平潭海域潮汐类型属于正规半日潮,8月大潮潮差约为5m,潮汐强;海坛湾内潮流总体表现为往复流特征,湾口流速最大,湾内流速较小,湾顶流速最小;北端防波堤大大减少了南北水体交换,内侧落潮流调整为沿堤流;堤头处挑流作用明显,流速增加,形成明显的旋转流;南北端防波堤对其内侧一定范围海域有掩护作用,波高削减显著,受掩护岸线长度略大于防波堤长度;堤头处受波浪折射作用影响,波能辐聚,波高增大.工程后海滩中部岸段波高及流速削减不明显,建议增设离岸堤加强海滩保护.     

人工水下沙坝研究进展

从波浪作用下人工水下沙坝的迁移演变规律和人工水下沙坝对波浪的消减效应2个方面综述了人工水下沙坝与波浪相互作用相关的最新研究进展;介绍了人工水下沙坝物理试验研究的经典案例,包括案例的研究背景、比尺设计原则和主要结论;论述了适用于人工水下沙坝中长期演变模拟的“基于过程的剖面演变模型”的发展历程和核心思想;结合现有研究成果,从构筑长度、布设位置和工程寿命设计方面给出了人工水下沙坝工程应用上的建议;讨论了现有研究成果和研究方法的局限性,给出了未来的研究展望。     

强潮环境下小型海岛海滩修复方案数值模拟研究

应用FVCOM模型对强潮环境小型海岛(平潭大屿岛)周边海域开展了潮汐潮流数值模拟研究,结果表明大屿岛周围潮波为前进波,潮流与潮位变化同步,潮流在高潮(涨急)时由北向南流动,低潮(落急)时由南向北流动,且潮流流速较大.平潭大屿北侧海滩属于典型的岬湾海滩,波浪作用为主要的动力因素,其南侧海滩在波浪和潮汐动力作用下形成的沙滩岸线与海流流向基本平行,潮流起到了一定的作用.针对平潭大屿岛两个沙滩不同的动力特性提出了相应的海滩修复方案,并应用XBEACH模型对强浪作用下海滩剖面演变进行了计算分析.     

贝宁海滩上波浪传播演变特性研究

为分析贝宁海滩上波浪传播演变特性，基于开源波浪数值计算软件COBRAS建立了贝宁典型海滩剖面数值模型，模型中采用k-epsilon紊流模型求解雷诺应力，采用流体体积法捕捉自由液面，并采用斜坡上波浪破碎试验结果对数值模型进行了验证。基于该模型对常浪条件和极端波浪条件下海滩上波浪传播规律的模拟结果表明：常浪条件下波浪主要在沙坝附近发生破碎，极端波浪条件下波浪在沙坝外侧200 m处开始发生破碎；破碎区域内水质点速度较大，常浪条件下沙坝周围的流速可达7.5 m/s,极端波浪条件下破波带内水质点速度可达12.4 m/s,且波浪回流与入射波浪在沙坝周围相互作用会形成较强的涡旋；随着波浪非线性的增强，波浪爬高也逐渐增大，在极端波浪条件下，沙丘上会发生越浪。     

人工岛群对弱潮区海岸动力影响的叠加效应分析

为科学评价人工岛群对周边海岸动力产生的影响,基于MIKE21数值模拟软件建立秦皇岛金梦海湾潮流模型和波浪模型,运用验证合理的模型计算人工岛(群)作用下的潮流场和波浪场。在对金梦海湾已建人工岛群影响下的区域动力过程特征分析的基础上,选取合适分析点研究人工岛间的相互作用。研究表明,由于莲花岛与海螺岛的阻流、导流和分流作用,潮流在海螺岛与岸线之间形成较大范围弱环流区,流速几乎为零,并在莲花岛与海螺岛形成的口门处及人工岛群外侧海域形成流速显著增加区域。这3处区域流场受人工岛群影响最大,其中海螺岛起到控制性作用。在人工岛群共同作用下金梦海湾潮流的变化不是各单一人工岛作用下变化的线性叠加,而有效波高受人工岛间相互作用的影响是线性的。人工岛群对金梦海湾起到很好的消浪效果,但却大大削弱了近岸区域的潮流动力。     

潮流与泥沙输运对黄骅港工程的响应分析

黄骅港的泥沙淤积问题一直是影响通航能力和投资建设的关键因素.黄骅港通过2011年整治工程大大改善了航道的通航能力,并减缓了泥沙的淤积,为港池提供了平稳的水域.基于验证的MIKE 21软件中的潮流和泥沙数学模型,计算分析了2011年工况下港区的潮流场以及泥沙浓度场对工程的响应,并对比分析了有无波浪作用下泥沙浓度场的变化,得出以下结论:防波堤外延把黄骅港分为了两个相对独立的区域,明显的阻流作用迫使潮流携带泥沙沿堤向外海侧搬运;无波浪作用时,港区含沙量在平均值0.02kg·m-3附近变化,有波浪作用时,含沙量大幅上升,近岸区形成高含沙水体;防波堤阻碍高含沙水流跨过航道,提高了航道的使用寿命.     

波浪辐射应力对潮流的影响

利用考虑能量损失的抛物型缓坡方程计算大区域的波浪辐射应力，作为附加项添加到深度平均的二维潮流方程中，从而研究长时间波浪作用对于潮流的影响．数值试验表明，波浪在长时间作用后，波浪辐射应力对潮位的影响很小，可以忽略不计，但是对潮流流速有比较大的影响，尤其是在波浪破碎的情况下，在潮流流速计算中必须加以考虑．     

近岸区人工岛周围波生流系统数学模型的验证

对于近岸区人工岛周围波浪破碎引起的平均流系统的研究不但具有直接工程意义,而且也涉及诸多理论问题,根据已建立的以Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程为基础的波浪破碎模型,结合东京电力研究所所做的人工岛周围波生流系统的实测资料,探讨近岸人工岛周围波浪破碎引起的环流系统,运用实测资料对数学模型进行了验证工作。     

珠江河口岸线变化对潮动力的影响

为研究珠江河口岸线变化对潮波特征的影响,基于D-Flow FM(Delft 3D-flow flexible mesh)建立珠江河口二维水动力数值模型,模拟的水位、流速流向结果与观测数据吻合良好。利用T_TIDE对模型结果进行调和分析,通过振幅比、相位差和潮能通量探讨岸线变化对潮汐动力特征的影响。结果表明:珠江河口半日分潮M_2的振幅和1/4日分潮M_4的振幅总体均呈增大的趋势,潮能通量呈减小的趋势。珠江河口整体表现为潮汐不对称加剧,涨潮占优增强。岸线变化通过影响径流作用、河口形态、浅水效应和潮能辐聚作用,影响珠江河口的分潮振幅、相位、潮汐不对称和潮能通量等潮汐特征。由岸线变化带来的潮汐振幅增加、潮汐不对称性加剧和涨潮占优趋势加强,可能会导致风暴潮等沿海灾害和严重的淤积问题。     

潮汐分汊河口盐水入侵类型探讨—以长江口为例

长江河口具有分汊、心滩、串沟和江心沙岛等地貌形态，系典型的潮汐分汊河口。咸潮入侵形式有外海直接入侵、倒灌、漫滩归槽和浅滩通道水体交换等四种类型，形成其特有的盐度时空变化规律，导致南支主槽存在一个氯离子含量比其上下游均要高的高氯度带，以及大潮期盐度低，小潮或寻常潮期间盐度反而高等特殊现象。     

潮波运动对珠江三角洲分流的影响

感潮河段内节点分流受潮波作用的影响,其分流过程与非感潮河段节点有所不同。本文以河网密布且潮波作用强烈的珠江三角洲为研究对象,利用二维水动力模型在“无径”、“无潮”和“径潮”三种条件下进行模拟,引入分流不均匀系数定量描述流量分配,量化了潮波对感潮河段节点处分流的影响。结果表明,潮波改变了珠江三角洲区域径流在河道分支内的分配,特别是在枯季。整体而言潮波的作用是抑制无潮情况下的不均匀分流,枯季时西江下游节点处潮波作用可以逆转径流单独作用时的影响。敏感性分析表明,对节点处分流影响最大的是M2分潮,其次是K1,O1和S2。另外,长期密集采砂造成的水深增加进一步加强了潮波作用的影响。