磨刀门水道具有垂向间断和连续结构的盐水楔

通过在珠江河口磨刀门水道中盐度和流速的垂精细观,第一次证实了磨刀门水道中盐水楔存在垂间断和连续分的典型结构,并发现盐水楔的结构与河口潮涨潮落的流动紧密相关联.小潮与大潮时的盐水都是高度的,但盐水楔垂结构同.小潮期间盐水楔长时间存在有垂间断面的结构,流动基本上为两流,出现较长时间的上落、下涨的流动现,且盐水的上溯能力强.大潮期间盐水楔有明显的进退,但涨潮时和落潮时的盐水楔结构完全同.涨潮时盐水楔现垂盐度有间断面的结构,下高盐水区涨潮流速大于上流速;落潮转流出现时盐度的垂间断面溃灭,盐水楔现垂盐度连续变化的结构,对应落潮流速为表流速大、底流速小,流速的垂变化是连续的;大潮盐水楔结构变化明显,但盐水上溯能力较弱.     

人类重大工程改变河口潮波传播方向引发的灾害与恢复

珠江河口网河密布,地貌形态极其复杂.人类为改变环境而进行许多重大工程,但有时因为对工程引发的复杂河口水动力特性的变化认识不足,导致工程带来严重的负面灾害性影响.有些影响通过长时间自然演变得以恢复,有些则不可逆转.五十年前珠江河口白藤堵海工程造成当地严重的内涝灾害,却又在十年后自然恢复,其动力变化原因始终不明,值得研究.采用河口整体数值模拟对白藤堵海工程及其水动力特征进行了计算.通过河口整体大区域计算的流动过程分析发现,堵海工程后鸡啼门水道因通潮能力不够,造成了潮波由竹银经泥湾门水道至上而下的逆向传播,引起了工程前后泥湾门区域水动力特征的极大变化,引发严重的内涝灾害.十年后鸡啼门水道自然冲刷,通潮能力的增强,使潮波逆向传播现象消失,该区域水位过程基本恢复到工程前状态,洪涝灾害自然消除.     

隔板对流系统中影响流动和传热的压力分布特性

本文采用直接数值模拟(Direct Numerical Simulation, DNS)研究隔板对流系统中的压力分布特性和作用.随着流动失稳,传热通道中纵向压力差与温度漂移和速度同步产生,最终形成隔板相间的压力分布.在隔板对流系统的狭缝和通道中,压力分布分别具有水平和纵向线性分布特性,压力梯度为常值.狭缝中压力分布沿流动方向为顺压分布,传热通道中的压力分布沿流动方向为逆压分布.狭缝中是水平压力驱动的二维泊肃叶流动,流动的速度剖面呈现抛物线型.传热通道中纵向压力差是抵抗温度漂移产生单向浮力而出现的,在b≥4d的条件下流动受纵向合力的影响很小,主要由水平狭缝流动的连续性保持.     

二维溃坝波传播的数值模拟

采用附加人工粘性的显式Maccormack格式求解二维浅水方程,并对人工粘性加上开关函数,建立了模拟大坝瞬间局部溃倒所致的洪水演进过程的数学模型。用该模型预测了矩形河道中堤坝瞬间局部溃倒后8 min的洪水演进过程,得出了水面线和流场分布,并对溃坝洪峰到达时间和最大淹没水位的沿程分布作了分析。     

珠江虎门口动力结构研究

虎门口是珠江八大入海河口之一,其形成是上游河流携带泥沙在两基岩岛侧淤积延伸的结果,属潮汐优势型河口。口门上、下游方向水面放宽,形成了独特的双向不对称射流体系,通道口以北为涨潮优势流,通道口以下南为落潮优势流;基于几个重要的河口参数和滤波技术,从双向射流,密度环流及其对沉积物输运等方面分析了虎门口的动力结构特点:虎门动力环境中,非线性作用和摩擦力的影响均不能忽略,在密度梯度力驱动下,枯季发育了密度环流,这从浅表层沉积物的输运和低频水流的输运上得到了验证,同时,密度环流与双向射流相互交汇,更增加了射流系统的复杂性。     

珠江口虎门小尺度动力结构及凫洲水道对其影响的数值研究

应用Ecomsed模式，对黄埔—内伶仃区域采用曲线网格技术，从动力机制上分析珠江口虎门小尺度动力结构，结果表明：虎门上、下游呈现双向、不对称射流体系；凫洲水道的西侧注入射流体，严重影响着虎门的动力、沉积系统；落潮时，高浓度的悬浮泥沙通过凫洲水道，绕过鸡抱沙向东南呈舌状注入伶仃洋。     

广州市全城交通污染宏观仿真模拟研究

采用城市交通污染宏观高分辨率三维仿真模型,对广州市的主要道路路网的交通污染进行了数值模拟.讨论了路网线源强度的计算方法,并给出了广州市21.6 km×13.6 km范围内100多条道路的路网分布.为了能精细的反映污染物的分布扩散情况,采取Δx=Δy=50 m, Δz=20 m的高分辩率网格步长,使计算网格步长与主要道路的宽度具有同样的数量级.两个试算算例的结果表明,本文的城市交通污染宏观高分辨率三维仿真模型具有良好的可行性,进一步的研究将为研究和减低城市交通污染提供定性和定量的依据.     

近50年来珠江河网区水动力对地形的响应

自20世纪50年代以来,珠江三角洲发生的河道采沙、航道整治等人类活动对河网区河床形态的自然演变过程产生了较大影响,引起河网区水动力产生相应的调整。根据平原感潮河网水力特性建立一维河网模型,并对50年代和90年代珠江河网区水动力过程进行了模拟,同时结合数值试验探讨了珠江河网水动力对地形变化的响应。结果表明,河床形态变化导致西、北江干流洪季水位及水位梯度较50年代明显下降,西江水位梯度由7.2 cm/km下降至4.1 cm/km,北江水位梯度的下降主要集中在上游地区,其中三水至三围由9.3 cm/km降至5.0 cm/km,而三围至口门变化不大,两个年代分别为4.9和4.8 cm/km,北江干流平均水位梯度由7.1 cm/km下降至4.9 cm/km。两个年代枯季水位梯度变化不明显,不同区域日均水位有升有降。数值试验结果同时表明,地形变化导致各主要节点分流比也产生不同程度调整,三水-马口、天河-南华等地形变化显著的区域分流比变化较大。     

磨刀门水道枯季盐水入侵成界运动规律研究

利用磨刀门水道天河以下至挂定角水闸之间8个水厂/水闸的表层盐度数据,通过拉格朗日插值方法并结合Surfer工具作出磨刀门水道近3个月的纵向逐时咸界分布图,给出了0.5‰,2‰,5‰和8‰咸界的逐时变化情况,并对其运动规律进行了初步探讨。特别对0.5‰每日最远咸界进行了分析,结果发现:磨刀门水道盐水入侵咸界运动有半月的周期,同时上半月和下半月又不完全一致,下半月因潮差较大产生2次盐水上溯。盐水在小潮期间向上游推进,在大潮期间向下游推移。每日咸界上溯最远点发生时间要比每日最高潮时延后5h。0.5‰每日最远咸界与潮差的运动关系图表现出在上半月潮差较小呈圈型,而在下半月潮差较大产生2次盐水上溯呈勺型。     

聚类分析方法在泥沙粒径分级模拟中的应用研究

以珠江河口八大口门海域为研究区域，选取在伶仃洋采集的174个浅底层泥沙样本．用模糊聚类分析的方法将泥沙分为三级，然后利用平面二维水动力模型和泥沙输运扩散模型进行数值模拟．模拟结果以虎门和磨刀门的泥沙浓度较高，细颗粒泥沙在洪奇沥出口下方和淇澳岛形成了高浓度区，而且细颗粒泥沙的输运距离较远．从水动力及泥沙分布特征分析，模拟结果基本合理．