筏式养殖区流速垂向分布公式的试验研究

以模型长度比尺λl=lp/lm=20(lp,lm分别为原型和模型的长度)筏式养殖模型布置于矩形水槽中进行试验,对养殖区的典型位置进行流速垂向分布测量.首先利用明渠流理论,以常用对数函数曲线与抛物线曲线对流速垂向分布进行初步拟合与分析,按影响程度分为养殖区强影响区、中影响区与弱影响区.然后在箱线图上拟合公式来确定公式的系数,得到强影响区与中影响区流速垂向分布的抛物线型公式,前者的公式系数大于后者;得到弱影响区流速垂向分布的对数函数型公式.最后对比分析了养殖密度的影响,养殖密度增大,抛物线型公式的相应系数增大,对数函数型公式系数上、下限亦增大.     

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.     

单一沙坝型海滩平衡剖面形态预测公式

基于戴河口至洋河口海滩养护后的海滩平衡剖面实测资料,以存在离岸单一沙坝的低能砂质海滩为研究对象,分析其海滩剖面形态演变,提出以背景剖面和沙坝剖面叠加的单一沙坝型海滩平衡剖面预测公式。背景剖面基于最大信息熵原理充分考虑沙坝向岸侧和离岸侧差异,沙坝剖面则采用3～4个参数以抛物线函数形式分段描述非对称性沙坝形态。该平衡剖面公式对戴河口至洋河口岸段养护后的海滩剖面拟合效果较好,且成功应用于北戴河老虎石海滩和美国佛罗里达Fort Myers海滩,能较准确反映存在离岸单一沙坝低能海滩的平衡剖面特性。     

双导堤工程下潮汐汊道与海岸潟湖地貌稳定性

以渤海湾沿岸具有双导堤工程的单一潮汐汊道的华北最大海岸潟湖—七里海潟湖为原型建立理想模型，通过设置包括临界侵蚀应力、临界淤积应力、泥沙沉速、初始床面高程和径流量等影响潟湖地貌演变的相关参数，得到理想模型达到稳定状态后的纳潮量P和潮汐汊道断面最大流量Q_m。分别建立其与潮汐汊道断面面积A的相关关系式以表征潮汐汊道稳定性。比较分析发现在表征潮汐汊道稳定性方面，Q_m?A关系较P?A关系的拟合效果更佳。分别利用Q_m?A关系以及泥沙净冲淤量计算得到潮汐汊道和潟湖稳定所需时长，对比结果表明潟湖明显滞后于潮汐汊道达到稳定状态，临界侵蚀应力对潮汐汊道稳定性影响更大，而临界淤积应力、泥沙沉速和初始床面高程对潟湖稳定性影响尤为显著，径流量对潟湖和潮汐汊道稳定性的影响相当。     

七里海潟湖近百年水体交换能力变化特征

基于三重嵌套的非结构网格建立七里海潟湖水动力和物质输运模型，采用实测资料对模型的潮位、流速和流向进行验证，结合卫星遥感影像资料，模拟1950—2018年七里海潟湖地貌演变过程，利用水体冲刷时间尺度探究不同工况下潟湖水体交换能力的变化特征。结果表明，自然条件下，径流改变较海平面变化对水体交换能力的影响更为显著；挡潮闸的开闭是影响潟湖水体交换能力的关键因素，同时潟湖围垦降低了纳潮量也减弱了水体交换能力，但降低幅度较小；潮汐通道工程的变化是影响水体交换能力的主要原因，潮汐通道由弯曲变为顺直及其拓宽均增强了潟湖的水体交换能力。     

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。     

金梦海湾及其邻近海域水环境因子时空分布特征

近年来渤海西北部的金梦海湾绿潮等灾害频发,对周边海域养殖、旅游等造成严重影响。基于MIKE 21软件建立金梦海湾水动力和水质数学模型,模拟和分析氮、磷等主要污染物的时空分布特性,并结合主成分分析对金梦海湾水质状况进行评价。结果表明,金梦海湾海域潮流为沿岸往复流,涨潮西南向,落潮东北向,流速较小,水动力较弱。金梦海湾及其邻近海域水质时空分布规律明显：在时间尺度上,丰水期水体污染比平水期和枯水期严重;在空间尺度上,水体污染程度整体呈现由河口向外海递减的趋势,其中汤河口近岸海域污染较严重,主要污染源为河流输入污染。     

基于计算机视觉的平水桥海滩风暴潮响应分析

为探究海滩对风暴潮的响应过程,采用视频监测设备和计算机视觉方法,通过设立在岸边高处的Argus相机获取海岸带彩色图像,利用改进后的Canny算法结合双阈值处理法自动提取水边线,使用相机标定获得水边线地理坐标,对多时相的水边线进行高程插值,得到海岸线位置及海滩地形。通过对秦皇岛平水桥海滩的连续监测分析,发现平水桥海滩对风暴潮过程短时响应剧烈,泥沙向西、向海输移,滩肩明显冲刷,砂质粗化,潮间带整体淤积,海滩坡度变缓,岸线向海推进4.34 m;风暴潮后的恢复期,平水桥海滩岬角掩护岸段高潮带微冲而中低潮带淤积,泥沙离岸输移;平直岸段演变主要受中小恢复浪作用,呈现上淤下冲的态势,泥沙由中低潮带向高潮带输移。     

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.     

长江口盐水入侵三维数值模拟

建立了河口区盐水入侵计算的三维数学模型。该模型将整个计算水域通过简单的坐标变换转换成单位方位，三个坐标方向的空间网络均可采用非均匀网格，对变换后的基本方程进行差分离散，水平方向的空间导数采用显式中心差分，垂直方向的空间导数采用隐式中心差分，三角方程用ＴＤＭＡ法求解。水位采用回代计算以提高精度。该模型运用长江口水域的盐水入侵计算，结果表明，算出的含盐度时空分布与实测一致。模型的主要特点是：变换简单、