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。     

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.     

基于半隐欧拉-拉格朗日法盐水入侵数学模型

建立了适合河口复杂边界的二维潮流盐度数学模型.其中,网格模块是通过多元最小二乘重构的无结构三角网格;潮流模块基于消除了稳定性条件限制的半隐的欧拉-拉格朗日法,并用干湿判断法实现动边界的处理;盐度输运模块采用有限体积法进行离散,并通过用周围单元平均浓度值重构界面浓度的方法得到与连续性离散方程相协调的二阶对流扩散离散方程.通过纯对流和纯扩散数值测试对模型进行了验证,结果表明模型能够较好地模拟盐度输运的对流扩散问题,且具有较高的精度.最后,将模型应用于长江口盐水入侵的模拟计算,计算结果表明:模型计算的潮位、流速和盐度过程与实测资料一致.     

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、     

长江流域重大工程对滩涂冲淤变化影响及潜在土地资源的可持续利用

上海陆域面积现约7 000 km2,其中约65％是近6 000年由长江人海泥沙堆积而形成,约17.5％为1949年以来通过围涂新增的土地,后者极大缓解了上海市尖锐的人地矛盾关系.近几十年来,尤其是三峡大坝建成后长江年均人海泥沙已大幅减少,由1951-1968年间的4.97亿t降低至2003-2008年间的1.54亿t,今后随着流域内更多大型水利工程的实施完成将进一步降低.长江人海泥沙是建造滩涂的物质基础,随着人海泥沙大幅减少,河口滩涂自然淤涨速率趋于减缓,未来整个三角洲的冲淤演化趋势备受关注.以2005年为基准年,Delft3d模型预测结果认为长江口主要浅滩今后20年将继续向海淤涨,但速度减缓.综合分析认为,上海市今后20年可通过工程促淤770 km2,圈围485 km2,但滩涂资源利用一定要兼顾河口生态环境保护,努力实现人与自然相和谐的可持续发展.     

水气二相流光滑粒子流体动力学方法研究进展

从状态方程、连续方程、动量方程和其他数值技术等方面，对光滑粒子流体动力学（SPH）解决水气二相流问题的数值技术和最新进展进行了综述，并对各项技术进行了评价。最后，提出了未来的研究展望。     

人工岛与海岸整治工程下波流动力响应特征

针对秦皇岛洋河口至戴河口海岸整治工程,采用数值模拟方法研究该区域潮流和波浪对人工岛及海岸整治工程的响应特征,发现人工岛与海岸整治工程共同存在时对潮流的影响并非二者单独作用的线性叠加,而是存在着非线性的关系,而常浪对人工岛和海岸整治工程的响应基本上为对二者单独作用响应的线性叠加.同时建立海岸整治工程时预留潮汐通道有助于保证工程海域的水体交换,减小对周边环境的影响.这些结果对相似海岸动力的海滩整治工程可提供科学参考.     

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.