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.     

刚性沉水植物影响下波浪传播及泥沙悬浮数值模拟

由于植物引起的紊动作用,含刚性植物床面中悬浮泥沙浓度与无植物裸床相比显著增加,而通过平均流速计算底床切应力的传统泥沙模型无法模拟出该现象。因此,在含植物水流水沙运动物理模型试验的基础上,构建了基于Flow–3D的含刚性沉水植物条件下波浪传播的三维数学模型,模拟了植物影响下波浪动力特征和泥沙悬浮过程,同时从紊动能角度修正希尔兹数,对泥沙模块进行了改进。与实测数据相比,该模型可较精确地模拟出植物引起的整体水流流速减小和局部冠层顶部处的流速增大、水体紊动增强以及紊动能在波周期内出现两个峰值的现象。与原始泥沙模块相比,改进的模型考虑了植物尾流紊动对泥沙运动的影响,可提高含植物床面泥沙悬浮模拟的精度。     

滩角地形时空变化过程分析

以观测到的一个在较长时间存在的滩角为研究对象,研究了常浪条件下滩角的变化过程。选取其代表性的凸部和凹部剖面数据,应用经验特征函数分解的方法,结合现场观测的地形动力要素和现象,得到滩角地形变化的时空特征:①滩角的凸部是滩角形态的控制因素,对外动力的响应最为敏感。凸部的顶点是凸部形态变化的一个转折点,凹部的形态变化表现出一种线性特征;②常浪条件下,近岸水下沙坝运动过程对滩角变化起主要控制作用,表现为海滩的蚀积变化;③滩面冲流变化过程和波浪变化过程是滩角地形变化的次要模式,将水下沙坝带来的泥沙在滩面上重新分布,促使滩角地形不断地调整。     

泥沙颗粒跃移运动机理

水流中泥沙颗粒的跳跃运动是推移质运动的重要形式,根据泥沙颗粒运动过程的受力分析,建立了忽略颗粒旋转和紊动影响的泥沙颗粒跃移运动模型,并采用数值计算方法,求解了跃移运动方程,得到了跃移运动参数（跃移长度、跃移高度、跃移速度）的统计特性,所得结论与实验资料吻合较好;通过对数值计算结果回归分析,得到了跃移运动参数以及输沙率的数学表达式,对于了解推移质运动机理有重要的意义．     

浙江朱家尖岛砾石海滩沉积物分布及形态特征

砾石海滩是波浪作用下形成的海岸地貌类型，在浙江朱家尖岛的大乌石塘和小乌石塘两处口袋状砾石滩，采集了砾石滩不同部位的沉积物样品．根据样品的粒度分析和颗粒形态分析，发现砾石滩沉积物粒度参数及砾石形态参数在横向和纵向上的分布特征为：横向上，砾石平均粒径由陆向海递减，分选变好，扁长度及杆状程度由砾石堤顶部向海递增，球度以潮间带为最低；纵向上，大乌石塘砾石粒径由湾顶向南北两个方向递减，分选变好，球度降低，杆状程度提高，而小乌石塘砾石粒径由海滩南部向北递减，分选先变好再变差，球度减小，扁长度及杆状程度提高．小乌石塘海滩顶部砾石对应的水深为5m、周期为10s临界起动轨迹流速和临界波高分别为3．28m／s和4．84m，大乌石塘的临界起动轨迹流速、临界波高分别为3．17m／s和4．69m．砾石形态参数和平均粒径的变率分析表明，小乌石塘在横向上的磨蚀作用的效应略强于搬运作用，而在纵向上却略弱于搬运作用；大乌石塘的海滩砾石主要发生磨蚀作用，在横向上的搬运作用非常微弱，而在纵向上其效应略弱于磨蚀作用。     

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.     

管壁流体滤失条件下水平圆管中平衡砂床运移模拟

根据水流紊动理论和颗粒运动特征,将床层表面水流速度视为正态分布,得到床面颗粒的各运动状态概率。根据颗粒状态概率代表运动趋势的原理,建立了圆管中砂床平衡高度的计算模型,可以用于存在管壁流体正滤失、负滤失和无滤失条件下圆管砾石充填过程中砂床形成和运移过程的可视化模拟。     

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.     

水体泥沙污染物起动再悬浮释放的物理过程和影响因素

水流流动、泥沙运动与污染物迁移转化之间存在较强的相互作用,形成了一个彼此紧密联系的综合环境系统.复杂水动力条件使得沉积底泥和悬浮泥沙对水环境的影响体现为一种动态耦合的综合效应.采用室内水槽实验研究了污染物通过底泥的静态扩散释放、泥沙起动再悬浮释放以及随悬浮泥沙的紊动释放3种主要方式进入水体的物理过程.结果表明,底泥沉积物可以依据颗粒特征分为泥质和沙质两种不同的底质;颗粒粒径、孔隙率和初始污染物浓度是决定底泥-水界面污染物静态释放特性的主要因素,并由此建立了沉积物中污染物总量的衰减公式,其衰减时间与污染层厚度、密度以及污染物分配系数正相关.泥沙污染物起动再悬浮释放过程大致上可以分为起动初期,悬浮沉降交替期和悬浮沉降平衡期3个阶段,在后两个阶段水体中污染物固液分配比值先增加后减小.基于质量守恒推导了底泥再悬浮污染物释放量的经验公式,和实验结果对比表明污染物的吸附解吸性质一定程度缓解了其释放的速率.水体中污染物的浓度分布和水流流速分布以及悬浮泥沙浓度分布密切相关,呈现出一致的变化规律.泥沙污染物的分布随着流速的增加在水体垂向上差异也变大,而水体的含沙量越大,泥沙污染物的分布反而越趋向于均匀.     

如东海区沙滩泥沙起动实验研究

通过波浪水槽实验对如东海区沙滩泥沙进行起动实验，并通过实验现象和分析规范了泥沙起动标准，在水流作用下，当泥沙开始形成沙纹时，定义为普遍起动；在波浪和波流共同作用下，在沙纹形成后，沙纹峰顶泥沙作小位移运动时，判定为泥沙临界起动。同时提出输沙起动及判别标准，即在沙纹形成后，沙纹中轴线以上泥沙全部处于运动时，判定为输沙临界起动。     

福建海坛岛海岸海滩—沙丘系统表层砂物质粒度特征及其环境意义

通过对福建海坛岛北部芦洋海岸海滩—沙丘系统3个典型剖面的表层砂样的粒度分析,探索海滩与海岸沙丘砂物质输移特征及其动力环境意义.结果表明:1)芦洋海岸横向沙丘表面粒度组成以细砂和中砂为主,平均值为1.76Ф;海滩砂的粒度组成以细砂、中砂和粗砂为主,平均值为1.82Ф,总体粒度特征为分选较好、正态分布和中等峰态.2)芦洋海滩砂样品主要是波浪作用的产物,虽然海岸沙丘砂部分样品具有一定的波浪作用特征,但显示风力搬运沉积为主的粒度特点.3)芦洋海滩—沙丘系统各个地貌部位表层砂样的粒度参数的空间变化较小,表明研究区波浪作用和风力作用的耦合影响且沉积环境比较稳定.     

明渠流中分形絮团破裂的格子Boltzmann方法模拟

应用格子Boltzmann方法模拟了黏性泥沙三维分形絮团在明渠水流中的沉降、破裂过程,揭示了絮团在水流剪切作用下的破裂机理．结果表明,水流流速较小时,絮团将不发生破裂而沉积到海床;在水流流速较大的情况下,强度较小的絮团将在水流剪切作用下发生破裂,破裂后的单个泥沙颗粒或小絮团随水流一起运动,不会沉降到床面,而强度较大的絮团在经受近底剪切变形后仍可沉降到床面．絮团沉降破裂过程的格子Boltzmann模拟结果与已有的直观认识一致．     

正弦派生曲线弯道中水沙运动特性动床试验

为了研究流量和弯曲度对弯道内水流泥沙运动特性的影响,在无黏沙质床面上进行固定边壁动床弯道模型试验,测量不同弯曲度和不同流量组合条件下弯道内的水流运动特性、地形演变和输沙强度.试验表明,水流动力轴线在相邻2个弯顶之间形成过渡段,弯顶下游凸岸一侧存在局部低流速区,该区域最早出现边滩形态;流量与床面形态之间的关系是非线性的,小幅度的流量变化引起较大的床面变化;微弯河道中浅滩、深槽分布规则,当河道弯曲超过一定程度时,显著影响床面的稳定性,床面形态变得复杂;随着弯曲度的增大,河道的输沙能力有减小趋势.     

水槽动床试验中最佳宽深比的确定

本文根据对DeVoorst水工所水槽动床试验资料及前人研究的成果,综合分析了宽直水槽动床试验中水流宽深比对交错滩形成的影响,水槽宽度对床面切应力和砂丘尺度的影响及利用概化模型初步探讨了在交错滩与砂丘並存的床面形态下,交错滩本身对水流阻力和输沙率的影响.在以上分析的基础上,提出了确定水槽动床试验最适宜的宽深比的条件.文中所提出的交错滩形成的条件也可作为顺直河渠平面形态稳定性的判别条件.     

舟山朱家尖岛 现代海岸沉积

朱家尖岛是舟山群岛最东面的一个岛屿,四周港湾内广泛发育砾滩、沙滩和泥滩沉积.通过对该区现代海岸沉积的研究,可得出如下认识1.岛屿四周港湾内沉积物类型的分布受到波浪作用强度和基岩类型的制约.波浪作用东岸强,北岸次之,西岸微弱.导致东岸发育沙、砾滩,西岸泥滩广布,北岸仅在后滨和前滨中上部发育沙滩,外滩为泥滩沉积.在东岸,如凝灰岩为岸边基岩,常形成砾滩,而在花岗岩分布处则发育沙滩. 2.规模较大的海滩砾石坝多形成在由山地所夹持,略呈喇叭状和滨外地形坡度较大的港湾内侧,而在波潮流作用和砾石供给量适中的较开阔港湾内则发育沙质带状砾滩,从岸向海可分为五个带:(1)大盘形砾石带;(2)迭瓦构造带;(3)内侧骨架带;(4)球、杆状砾石带;(5)外侧骨架带.海滩砾石中特殊的盘状形态和较好的形态分迭可作为古海滩环境的鉴别标志,并且,盘状砾石的平均粒径大小尚能反映波潮流作用之强弱. 3.来源于中、细粒花岗岩、并经波潮流短矩离搬运的东岸沙滩物质以分迭极好,矿物成熟度较高的细砂、极细砂为特征,各亚相平均粒径、分迭差别小.来源于中、粗粒花岗岩就地风化产物的北岸沙滩为矿物成熟度较低,分迭较好到好的中粗沙沉积,各亚相结构特征显著,差异较大.层理构造和扁度特征无论是在中粗沙,还是在细沙海滩都可以作为进一步划分各亚相环境的标志. 4.泥滩物质主要来源于长江南岸沿岸流带来的物质以及流潮作用带来的部分钱塘江物质.滩面形态和沉积物分布受到季节变化影响,生物种类多,数量丰富,沉积构造受生物扰动强烈.     

考虑水流紊动的丁坝下游回流区水流挟沙力研究

研究复杂流态下丁坝回流区水流挟沙力的变化规律,对于优化丁坝设置具有重要的意义.基于丁坝水流紊动实验所得主流区、回流正流区和回流负流区的水流紊动强度,利用水流切应力和流速的关系,建立了考虑水流紊动强度的丁坝回流区水流挟沙力公式.利用此公式解释丁坝后的淤积现象、三峡永久船闸上引航道口门区淤积以及桥墩后部漩涡冲刷现象,并给出不同紊动强度下主流区、正流区和负流区不淤流速.公式可用于回流河段泥沙数值模型中.     

冲积床面上明渠水流湍流特性及其与底层泥沙起动关系的试验研究

利用声学Doppler测速仪测量了明渠水流在不同水深、流速、泥沙粒径情况下的瞬时流速分布和泥沙起动流速,研究了可动粗糙床面明渠水流的湍流特性.利用实测断面流速分布,采用非线性回归拟合出对数律流速分布的各参数,进而参照Эегжда的实验曲线研究了冲积床面上明渠的阻力分布规律,计算出各断面的相对脉动强度、Reynolds应力、湍流动能,并对各种不同情况下的明渠湍流分布规律进行了比较,描述了各粒径泥沙在不同水深情况下的起动流速以及泥沙起动时明渠底层各湍流特征的变化情况,研究探讨了冲积床面上明渠湍流各特征量的变化分布规律以及泥沙起动与水流湍流特性的内在关系.     

沙泥混合型岸滩及沙泥分界点初探——厦门湾岸滩类型调查

基于厦门湾30个断面剖面形态和泥沙特点的现场勘测工作,同时辅以潮流场和波浪场的数值模拟,从动力学角度对厦门湾各处的岸滩类型进行划分。提出"沙泥分界点"的概念,指出沙泥分界点高程主要取决于当地波浪条件。分析结果表明:厦门湾除了存在沙质岸滩和泥质岸滩外,还存在"沙泥混合型岸滩";在淤泥质海岸大环境下,如近岸波浪较强,且有较粗颗粒泥沙供给,则可能产生沙泥混合型岸滩。     

用k_ε紊流模型及有限元法解二维异重流方程

本文用水沙混合水流的运动方程和质量守恒方程作为二维泥沙异重流的控制方程,用k-ε紊流模型闭合雷诺应力,用有限元法解上述方程组,计算了泥沙异重流的流速、含沙量、紊动动能和紊动粘滞系数的分布,并与试验的流速和含沙量资料进行了对比,最后分析了含沙量与紊动动能、流速的关系,阐述了在含沙水流中紊动动能有可能转化为水流的势能.     

横丹水电站下游冲刷坑二维数值模拟

采用二维数学模型,对横丹水电站泄水建筑物下游冲刷过程进行了二维数值模拟.以泥沙起动拖曳力作为泥沙起动判据,在二维流场计算的基础上,提取每个时间步后床面各节点水流剪切应力,通过比较水流剪切应力与泥沙起动拖曳力的大小来控制床面高程的变化;采用动网格模型、弹簧光顺模型和局部重构模型较好的完成了计算过程中网格的移动和动边界局部网格自动调整,实现了冲刷坑冲刷过程的二维数值模拟.结果表明,模拟计算的冲刷坑形态和深度与模型实测值吻合良好.在冲刷起始阶段,床面剪切应力下降较快,之后下降较慢.与冲刷坑起始冲刷较快,之后冲刷较慢具有良好的一致性.