钦州湾蓄泥坑泥沙扩散数值模拟

【目的】近年来,钦州港的快速开发在带动海洋经济发展的同时,也对周围的海洋环境造成一定的压力,本研究试图寻找钦州湾海上工程产生的泥沙扩散对周围环境影响最小的施工方法。【方法】基于ECOMSED模型模拟钦州三墩作业区蓄泥坑开挖引起的水动力变化和泥沙扩散情景,通过敏感性实验测试了不同围挡实验对减少泥沙扩散面积的效果。【结果】发现钦州湾潮流场呈往复流特征,落潮流大于涨潮流。涨潮中间时大部分海域流向以偏北方向为主,最大潮流流速为1.85 m/s;落潮中间时大部分海域的潮流为偏南向,最大潮流流速为2.34m/s。蓄泥坑的北部基本为西南向流,东部基本为南向流,南部和西部为东南向流。无论表层还是底层,蓄泥坑东北部的流场在工程前后变化较大,流速偏差约为10%,表层和底层的平均流向偏差分别为5.05°和4.55°。无围挡泥沙扩散实验中浓度为10mg/L的悬浮泥沙包络线影响范围较大,可影响到保留区和航道。围挡实验中,东开口和西开口的泥沙扩散面积与无围挡实验基本相同。而南开口和北开口的泥沙扩散面积明显减小。【结论】采用三面围挡仅北端开口的施工方法可以显著降低泥沙扩散对周围海洋环境的影响。     

铁山港湾港口总体规划用海对海水动力环境的影响预测

【目的】研究铁山港湾港口总体规划工程的建设对周边海域潮位、纳潮量和流场3个方面的影响。【方法】采用二维潮流数学模型对铁山港湾海域的潮流场进行数值模拟,分析工程前后水动力变化情况。【结果】铁山港港口总体规划实施后,石头埠站、沙田站和安铺站最高潮位均有所增加,增加幅度分别为0.03m,0.11m,0.10m;石头埠断面潮流涨急流速略有减小,平均减小幅度为0.06m/s,落急流速略有增加,平均增加幅度为0.06m/s;沙田断面涨落潮流速均略有增大,增加幅度为0.11~0.17m/s;安铺断面主槽区流速基本上无变化;工程后石头埠、沙田和安铺3个断面的纳潮量均有不同程度的增加,分别为1.8%,3.1%和4.3%,沙田断面单宽纳潮量变化不大。【结论】港口总体规划工程实施后,铁山湾内涨潮时流速较小、落潮时流速较大的分布规律没有改变,对铁山港水动力环境影响较小。     

秦皇岛海域洪季水动力及污染物扩散数值模拟

基于实测资料验证的秦皇岛近岸海域二维水动力和污染物扩散模型,研究了秦皇岛近岸海域洪季大潮水文条件下的水动力和污染物扩散分布特征,并在此基础上分析了风对秦皇岛近岸海域水动力和污染物扩散的影响.研究发现,秦皇岛近岸海域落潮流为东北(NE)向,涨潮流为西南(SW)向.在渤海夏季风作用下,秦皇岛近岸海域整体水位略有降低;落憩时刻,石河口以北海域流速降低,石河口以南海域流速增加;涨憩时刻,石河口以北海域流速略有增加,戴河口至滦河口间海域流速降低.化学需氧量(COD)扩散方向与涨落潮方向一致,涨落憩时刻,COD浓度均在滦河口以南海域降低,洋河口以北海域增加.     

广西沿岸主要海湾潮流的数值计算

广西沿岸的铁山港、廉州湾、钦州湾、防城港湾的潮流数值计算结果显示,4个海湾的落潮流均大于涨潮流,最大落潮流速120cm/s,最大涨潮流速100cm/s,潮流为往复流型式,落潮由北向南,涨潮由南向北,流向具有明显的规律性,这与实测结果较为吻合,但在钦州较为杂乱,存在2个互反方向的回旋式流动,究其原因,可能是与该湾的地理环境条件有关。     

长江河口横沙小港泥沙浓度的观测及研究

用OBS－3浊度计在1998年2月12日至21日期间在长江河口横沙小港对悬浮泥沙浓度作了观测,同时也用ENDCO海流计测量了流速、流向、水温和盐度。观测数据表明不论潮还是小潮期间,在落潮过程中泥沙浓度的扰动比涨潮过程中更加频繁和强烈,存在着高频振荡。动力分析表明这是由潮扩散的不对称性造成的,即落潮期间垂向湍流扩散比涨得垂向切变不稳定增强。观测还指出泥沙浓度的变化与流速密切相关,存在着泥沙峰值滞后于流速峰值的现象。这是首次用先进的OBS浊度仪在长江口横沙小港观测在落潮期间泥沙浓度的高频扰动,并从动力成因上做出了解释。     

洋山深水港海域悬沙浓度时空变化及其动力原因

洋山港海域是多岛屿、多汊道,由大、小洋山两条岛链围成的喇叭口型的海域,是以落潮流为主、含沙量高、潮流强的潮汐水道,泥沙运动主要以悬沙为主.通道内潮流基本为WNW ESE向往复流,潮流平均流速在1.0 m/s,最大流速都在2.0 m/s以上,含沙量在1.0 kg/m3以上.根据该海域不同时期实测含沙量资料,分析了洋山港海域悬沙浓度的时空分布格局,并讨论了其分布变化的原因,包括长江口和杭州湾泥沙扩散对洋山港海域泥沙环境的影响、潮差的影响以及“峡道效应”对洋山港高含沙量的形成.     

长江口外羽状流水体中的垂向混合与层化的观测与分析

摘要：
2002年9月17日17：00至18日17：00,在长江口外E4站位 (122°40′8″E, 30°59′17″N),采用300 kHz声学多普勒流速剖面仪(ADCP)和温盐深仪(CTD)测得连续的水位、流速大小、流向、电导(盐度)和温度等水文资料.基于这些资料,通过文献中相应的公式,估算出水体的密度(ρ)、浮力频率(N)和梯度Richardson数(Ri),并绘制成水流流速分量、盐度、温度、ρ、N和Ri的垂线分布,从而对该站位羽状流水体中的垂向混合与层化进行了研究.结果表明：① 东西向流速分量大小范围为-0.36~0.61 m/s,南北向流速大小范围为-0.59~0.39 m/s.涨急、落急和落憩,流速分量在垂向上变化均不大;涨憩时,表、中、底层流速存在显著差异.② 涨急、涨憩,从表层至底层,盐度随着水深的增加而增大,温度随着水深的增加而减小;落憩,温度在中层达到最大;落急,水体出现显著的密度跃层.③ 该站位表层水体的N均较小,基本在10-3 s-1量级,水体垂向混合较好;中、下层水体的N出现10-2 s-1量级,混合相对较弱.④ 该站位水体垂向混合强度呈现涨、落潮周期变化：涨急、涨憩,Ri范围在10-2 ~101量级,混合较好;落急,Ri在中下层水体出现102量级,水体出现显著层化;落憩,整个水体的Ri大部分都小于临界值0.25,水体混合最充分.
关键词：
长江口外; 羽状流; 浮力频率; 梯度 Richardson数; 混合; 层化
中图分类号： P 731.26
文献标志码： A     

闽江河口三维潮流和余流特征及污染物运动轨迹的数值模拟

基于河口、陆架和海洋沉积物(ECOMSED)模型,将干湿网格判别技术引入潮汐潮流的漫滩过程,建立闽江河口的三维斜压潮流数值模型;开展闽江口潮流、余流的三维动力学特征研究,并基于Lagrangian粒子示踪法进行污染物迁移轨迹的模拟.结果表明:潮流受闽江径流作用影响明显,落潮流速大于涨潮流速;与涨急时相比,落急时的流速呈现明显的分层现象,且随水深的增大而逐渐减小,流速减小的幅度较大;北支水道余流强度大于南支水道;垂向上,表层余流流速大于底层余流流速,表、中层余流以落潮余流为主,而底层余流则以涨潮余流为主.粒子追踪的模拟结果表明:涨憩时刻是较理想的排污时间,梅花水道与川石水道以南沿岸是较理想的排污口位置,表层排放的污染物更容易且更快向闽江河口外迁移.     

铁山港航道Ⅲ标段疏浚工程造成的水动力改变研究

铁山港作为广西北部湾经济区中转运输枢纽港区,其拓宽浚深工程对港区发展意义重大。本研究基于MIKE21数值模型,在Ⅲ标段疏浚工程光滩和红树林区域采用不同的曼宁系数,计算工程前后水动力的改变情况。结果表明：工程建设前,航道附近涨急最大流速为50.4 cm/s,落急最大流速为68.2 cm/s;工程建设后,航道附近涨急最大流速为41.3 cm/s,落急最大流速为59.1 cm/s。航道两端流速变化较大,其中北端涨急变化率在10%以上,最大变化率为-77.0%;北端落急流速变化率在20%以上,最大变化率为-31.5%。红树林区域流速基本以降低为主,涨急时刻降低幅度较大,最大为-84.0%;落急时刻降低幅度较小,最大为-13.0%,疏浚工程实施后使得红树林区域的流速有所降低。     

长江口启海港枯季悬沙浓度的特征分析

分析2012年枯季启海港海域的实测水文泥沙数据,得到如下结论：该港区海域的悬沙浓度与流速成正相关关系;悬沙浓度的峰值一般出现涨、落急后。港区海域悬沙浓度在垂向上分布为：斜线型、准直线型和混合型,近岸水域的泥沙在中上层运动紊乱,离岸水域的泥沙紊乱则集中在下层。盐度对泥沙的再悬浮作用起一定作用,在流速较大时,底部悬沙浓度变化幅度很小,最大含沙量出现在中层。     

没冒沙水域水沙运动特性及筑库工程对其影响

以多年数据资料,特别是最新的2003年9月,12月洪枯季和2004年1月枯季南槽没冒沙水域以及邻近水域各定点观测水沙数据资料为基础,采用水文学、泥沙运动力学和数理统计的方法对没冒沙水域的水沙特性进行了分析.结果表明,该水域落潮流速大于涨潮流速,落潮历时比涨潮历时长;净水量向外海,呈落潮流优势;含沙量普遍较高,大潮平均含沙量1.40 kg/m3,小潮平均含沙量0.60 kg/m3,洪季含沙量比枯季高,洪季大潮涨潮含沙量比落潮高,小潮则相反;枯季不论大小潮,一般都是落潮含沙量大于涨潮含沙量;含沙量垂向梯度的大小潮变化、洪枯季变化和涨落潮变化明显.并且用水流连续方程和拟合挟沙力公式推算了水库工程建设后水流流速和含沙量的变化,估计将对南槽产生一定影响.      

磨刀门水道枯季底边界层的泥沙交换过程

河口底边界层细颗粒泥沙运动往往受边界层内多种尺度的动力过程影响而变得十分复杂。由此,基于座底支架上的ADV与OBS,于2010年枯季在珠江磨刀门水道分别进行大、中、小潮的底边界层观测,对磨刀门水道底边界层湍流动力特征与小尺度泥沙交换过程进行研究。结果表明:悬沙有效沉速、床面切应力与底床侵蚀率的变化范围随着潮差的增大而增大;底床侵蚀率与平均流速变化规律相似,当流速小于0.3 m/s时,侵蚀率基本保持在0.002 kg/m2左右,流速超过此临界值时,床面泥沙发生再悬浮。悬沙和床沙交换过程随着潮差增大而增强,且落潮时段强于涨潮时段。     

大丰港匡围工程对潮流泥沙影响的模拟研究

建立了大丰港临近海域平面二维潮流泥沙数值模型,模拟计算了研究区域大小潮特征时刻的水沙空间分布特征。模型利用实测数据进行验证,计算结果与实测潮位、流速、流向及含沙量数据吻合良好。在模型验证良好的基础上,模拟围垦工程建设前后周围流场和悬沙场的变化。研究发现:围垦工程使得工程向海一侧流速减小。对于悬沙浓度,涨急时刻工程北部含沙量减小,落急时刻工程向海测含沙量增大。     

钦州湾海上溢油扩散数值模拟

【目的】研究钦州湾海上溢油扩散特征及其影响因素。【方法】在对钦州湾水动力进行数值模拟的基础上,利用MIKE 21/3SA溢油分析模块,对其海上溢油扩散进行数值模拟。【结果】常风况条件下,涨潮时刻发生溢油,溢油先向茅尾海方向漂移,待落潮后退出茅尾海;计算时段内,溢油向茅尾海方向及钦州湾外湾方向漂移的最远距离分别约为17.51km和10.73km,扫海面积约为71.83km~2。落潮时刻发生溢油,溢油则先向钦州湾外湾漂移,待涨潮后转向钦州湾湾颈方向;计算时段内,油膜向钦州湾外湾方向漂移最远距离约17.96km,油污扫海面积约为50.72km~2。【结论】钦州湾溢油漂移扩散特征与溢油发生时刻及风作用密切相关,溢油时刻及风作用对钦州湾溢油漂移扩散的影响不容忽视。     

广西近海海上溢油应急预报系统开发与应用

为解决目前海上溢油漂移扩散计算复杂,不适用于应急处理业务化应用的弊端,通过数学模式,结合Windows可操作界面,构建广西近海海上溢油应急预报系统,并以钦州湾为例对系统进行应用。结果表明,涨潮、落潮时刻发生溢油时,油膜向茅尾海和钦州湾外湾方向漂移距离分别约为17.5 km和17.9 km。涨潮时刻发生溢油时,油膜扩散面积较落潮时小,扫海面积则先小后大。风对溢油漂移扩散结果有显著的影响,不同风向下的油膜漂移方向、影响区域有明显的区别。该系统具有方便、准确以及操作界面友好的特点,可为广西近海海上溢油事故防范、预警预测、应急处理、生态环境损害评估等提供科学依据。     

长江口深水航道北槽口外悬沙浓度垂向分布

在长江口深长航道北槽，利用“声学悬潲观测系统”观测得到了大潮不同潮时近瞬时高时空分辩率细颗粒悬沙浓度垂直向分布，此外，还观测了流速和和盐度地垂线分布，在涨潮初期，悬沙浓度的垂向分布均均匀，在接近涨憩时，悬沙浓度的梯度小，在落潮时，悬沙浓度随水深水面到水底按指数递增，可视为恒定均匀流中悬潲处于平衡条件的分布，泥沙垂向扩散系数εｓ可用泥沙颗粒沉降速度ωｓ的两倍来近似，在接近落憩时，悬沙浓度的垂向梯度适     

甬江感潮河流桥梁群对防洪纳潮累积影响

为研究甬江上已建桥梁群对感潮河流防洪纳潮的影响,基于Delft3D模型建立甬江二维非恒定流数学模型,并使用原型观测数据对模型进行参数率定和验证,开展典型洪水和潮汐条件下桥梁群对甬江水流流速和水位的影响研究。结果表明：单个桥梁对水流的影响主要在桥位近区,桥梁群因影响范围的重叠而产生累积影响,且增加了对水流的影响范围。通过不同洪水和潮汐条件下桥梁群对水流的影响比较发现,大潮小洪情况下桥梁群对甬江水流的影响较大洪小潮情况下更为明显。