疏浚土吹填泥沙输移扩散数值模拟研究及应用

本文通过疏浚土吹填泥沙输移扩散二维潮流数学模型，对洋山港区一期工程疏浚土吹境泥沙的起步工程方案进行了模拟计算。得出了吹填区开敞水域处的水质点运移轨迹，模拟预演了方案实施后，吹填区内及附近水域因吹境泥沙随潮流运动扩散输移而引起的悬浮泥沙的可能分布及影响范围，并给出了起步工程方案的吹填泥沙流失量及流失率。     

长江口航道疏浚土利用至横沙浅滩数值模拟研究*

针对2020年后长江口深水航道疏浚土全部外抛至海洋倾倒区造成疏浚土资源浪费的问题,利用三维潮流泥沙数学模型SHIWM-3D对疏浚土综合利用至横沙浅滩进行固沙保滩的方案进行了数值模拟,综合分析横沙浅滩流态分布、泥沙输运扩散情况、疏浚土落淤效果以及对深水航道回淤的影响。结果表明：1）航道疏浚土吹泥上滩后部分泥沙直接落淤,部分泥沙则随涨落潮流扩散输运。2）横沙浅滩区域大潮期间呈现冲刷状态,小潮期间呈现淤积状态,疏浚土在浅滩总体表现为淤积。3）航道疏浚土吹泥上滩至横沙浅滩区域对深水航道的回淤影响不大。4）长江口航道疏浚土利用至横沙浅滩的方案是可行的,是解决2020年以后长江口航道疏浚土综合利用的可持续发展方向之一。     

潍坊港潮流分析及航道回淤预测

潍坊港处于莱州湾的中部，岸滩水深较浅且变化平缓，泥沙运动较为活跃，泥沙淤积对航道的运营维护影响较大。通过建立潮流模型和泥沙输移数学模型进行计算，所得结果与现有的实测数据进行对比验证；再进一步模拟航道的冲淤情况，预测航道回淤分布规律以及航道沿程的淤强分布情况。结果表明，潮流模型和泥沙输移模型计算结果与实测数据吻合度均较高，预测航道年淤积量约为391.3万m3。     

航道疏浚中悬浮泥沙对海水水质和海洋生物影响的数值研究

航道疏浚产生的高浓度悬浮泥沙,对海域环境的影响不能忽视,建立二维悬浮物运输数学模型,模型考虑了不同潮流作用下悬浮物的运输。采用盘锦港海港区海流现场的观测数据对水动力模型进行验证,模拟值与实测值吻合较好。以盘锦港航道工程为例,预测疏浚作业在最不利情况下,悬浮泥沙对海水水质、环境敏感区的影响程度和范围,为环境影响评价提供科学依据。     

连云港30万吨级航道工程疏浚土抛泥扩散的数值模拟研究*

利用二维潮流泥沙数学模型,对连云港航道抛泥扩散观测期间的流场和含沙量进行了模拟计算.在对实测成果验证良好的基础上,研究了各抛泥方案中疏浚土倾倒所产生的悬浮泥沙的扩散规律及其对周边水域含沙量的影响.研究结果表明,采用两艘舱容4 500 m3的耙吸式抛泥船,在拟设抛泥点的流向偏向航道一侧时进行抛泥作业,所产生的悬浮泥沙能较快地沿水流方向扩散,高含沙水体的存在时间及扩散距离均较短,对临近航道含沙量的影响很小.     

连云港港赣榆港区起步工程泥沙问题研究

泥沙问题是连云港港北翼的赣榆港区和航道建设的关键问题之一。文中在进行自然条件分析的基础上,利用MOHID二、三维潮流泥沙数学模型对该港区实施后的潮流场及港池、航道泥沙回淤进行了计算模拟,对不同工况潮流流态、航道横流及对周围海区影响范围进行了分析,不仅给出不同工况下港池和航道的年回淤值,还对9711号台风作用下港池和航道的骤淤情况进行了计算预报。综合以上研究成果,提出推荐方案。     

宁德港三都澳港区深水航道一期工程航道选线研究

采用水动力泥沙条件分析、二维潮流数学模型计算、航道年淤积量计算、航道疏浚工程量计算及工程总投资计算等多种手段对三都澳港区深水航道一期工程航道多条轴线方案进行了比选研究。研究结果认为航道里程短,航道转角小,最大横流速度小的方案有利于船舶航行,为最佳的航道轴线方案。     

大平岛围垦工程对航道、码头影响研究

基于工程海域条件分析,建立了平面二维潮流泥沙数学模型。在实测资料验证良好的基础上,对大平岛围垦工程前、后的潮流、悬沙场等进行了模拟,就工程对围区附近航道、码头的影响进行了分析研究。研究表明,本工程的实施对周边海域没有大范围的根本性影响,其影响主要集中在西侧水道的局部水域,会使处于围区西侧水道的燕山热电厂煤码头及其航道等产生淤积,建议定期疏浚或采取其它工程措施。     

连云港港区环抱式防波堤对航道回淤的影响

针对连云港港区25万吨级进港航道回淤总量小于15万吨级的现象,从航道回淤实测资料、工程前后水动力环境等入手,借助于潮流数学模型,研究了该现象产生的原因。研究结果表明:疏浚工程和环抱式防波堤工程均会对进港航道的回淤产生一定的影响,但防波堤的影响起主要作用。疏浚工程导致航道流速以减弱为主,因而使得航道回淤略有增加;而环抱式防波堤工程,将使口门附近流速显著增加,从而导致进港航道回淤大幅减小。此外,环抱式防波堤的掩护作用,在很大程度上阻挡了泥沙进入港区,从而使口内航道段回淤也大幅降低。     

港池和航道疏浚过程中悬浮泥沙扩散输移的数值模拟

建立了平面2D潮流和悬沙增量输移扩散的数学模型,通过有限单元法离散求解此模型,应用该模型对苍南电厂港池和航道疏浚过程中的悬沙扩散输移进行模拟,挖泥过程中的悬沙增量采用恒定源强,再现了疏浚过程中增量悬沙的输移扩散机理。     

长江口北槽深水航道整治工程贮泥坑抛泥过程监测分析*

对北槽航道维护使用的3#贮泥坑抛泥流失率进行现场监测和分析研究。监测内容包括应用多波束地形测量仪测 得贮泥坑抛吹泥前后的准确容积变化,采用表层取样法测量贮泥坑抛泥后的表层泥沙密度及采用柱状采样器测量贮泥坑不 同深度的泥沙密度,综合容积变化和密度结果可以得到实际入坑泥沙量,结合实际抛泥量计算出贮泥坑的抛泥流失率。监 测结果表明该贮泥坑的抛泥流失率达到76%。同步监测的流速结果表明贮泥坑周边动力强、流速快,流速快是造成该贮泥 坑抛泥流失率大的主要原因。建议该坑向附近动力弱的坝田掩护区移动以减少该贮泥坑泥沙流失率。     

茅尾海航道开发潮流物理模型试验研究

茅尾海浅滩位于河流出口与潮水相互作用的区域,航道开发面临特殊的水流、泥沙问题。借助潮流物理模型试验,模拟整个茅尾海海域潮流情况,对开发航道方案流态、潮流场变化进行模型试验对比分析,对航道泥沙淤积问题进行计算分析。试验及分析结果表明:3个方案中,瓦泾江出口航道挖深最大,航道水流增加最大,淤积强度也最大,不利于航道维护;大榄江航道方案B利用深槽,挖深较小,水流变化也不大,但航道最大横流最大,不利于船舶航行安全。鉴于在河流出口与潮水作用浅滩开挖航道将面临落潮归槽水流影响、局部流速及淤积量增加较大、航道拐弯处横流太大影响船舶安全等问题,航道开发应尽量利用横流较小的深槽,可适当进行开挖。     

丹东电厂蓄水库淤积预报和施工验证

简要介绍以著名的潮流模型Ｓ２１ＨＤ为基础,用新建的依赖于原观资料的全沙冲淤概化模型,对丹东电厂蓄水库设计方案进行了回淤计算;引述了相应的波浪模型试验结构和浪、流联合作用淤积预报结果。经过对库区开挖主要阶段施工资料的分析与验证得知：所建立的冲淤概化模型和整个淤积预报都是成功的。     

洋山港及邻近海域悬沙输运特征研究*

基于SWEM2D数值模型,建立了一个范围包括洋山港、长江口及杭州湾的二维水流泥沙数学模型。根据2004年5月洋山港实测水文泥沙资料,认为洋山港区域悬沙垂向切变输运较小,可忽略该项对悬沙输运的影响,采用二维泥沙数学模型能基本反映出该区域悬沙输运特点。利用2004年5月洋山港及邻近海域实测水文泥沙资料对模型计算结果进行验证,验证结果表明模型计算结果与实际情况吻合良好。在此基础上,根据模型计算结果计算了洋山港及邻近海域大、中、小潮期间悬沙输运速度。结果表明,洋山港区域悬沙主要以欧拉输运为主,斯托克斯漂移、潮泵输运为辅。该区域西口门高含沙量主要是受到长江口及杭州湾悬沙输运富集的影响。其邻近海域主要的悬沙输运在近南汇边滩以东区域分成两股,一股向北,一股沿着南汇南岸的水下泥沙通道,径直流向杭州湾,并在杭州湾的悬沙输运的带动下,向洋山港流去。     

A three-dimensional, wave-current coupled, sediment transport model for POM

In the high-energy environment of coastal seas and estuaries,strong sediment resuspension/ deposition events are driven by surface waves,tides,winds and buoyancy driven currents.In recent years,A POM based three-dimensional,wave-current coupled,sediment transport model has been developed by the University of New South Wales.This paper presents several examples of the model applications to study sediment dynamics in the environments where forcings such as waves,tides,and winds are equally important to affect sediment fluxes and distributions.Firstly,the sediment transport model coupled to the Yellow Sea general circulation model and a third generation wave model SWAN was implemented in the Yellow Sea to study the dynamics of the sediment transport and resuspension in the northern Jiangsu shoal-wate(rNJSW).The sediment distributions and fluxes and their inter-annual variability were studied by realistic numerical simulations.The study found that the surface waves played a dominant role over the tides to form the turbidity maxima along the muddy coast of NJSW. Secondly,the sediment transport model was used to explore the effect of suspended sediment-induced stratification in the bottom boundary laye(rBBL).The model uses a re-parameterized bottom drag coefficient Cd that incorporates a linear stability function of flux Richardson number Rf.The study has shown that the sediment induced stratification in the BBL reduces the vertical eddy viscosity and bottom shear stress in comparison with the model prediction in a neutrally stratified BBL.In response to these apparent reductions,the tidal current shear is increased and sediments are abnormally concentrated within a thin wall layer that is overlain by a thicker layer with much smaller concentration.The formation of this fluid-mud layer near the seabed has led to a significant reduction in the total sediment transport.This study contributes to the understanding of formations of tidal flats along the coasts of turbid seas and estuaries.     

甬江及口外海域潮流泥沙数值模拟

建立了甬江河道及口外海域平面二维潮流泥沙数学模型,对2015年6月半个月的潮流场和悬沙场进行模拟,模拟结果与实测资料吻合良好。计算得到了研究区域洪季的余流场和输沙格局,结果表明:甬江口外余流整体由西北指向东南,河道余流指向下游;除口门局部水域,甬江口外输沙格局基本与余流场一致,悬沙经涨潮流的作用被带入甬江河道,致使河道内近口门处的输沙格局由口门向内;甬江口局部区域输沙格局与余流场存在差异的原因是悬沙输移与潮流运动存在时间上的滞后。     

台州港黄礁港区悬沙输移规律研究

采用经过水沙验证的潮流泥沙数学模型,模拟了大港湾水域的水沙运动特点,计算了港池泥沙回淤量。模拟结果表明,港池泥沙来源主要为大港湾后方浅滩落潮流挟沙;港池口门处的防波堤对减轻港池泥沙回淤的效果并不显著,港池后方修建围堰可使港池回淤量减小2/3;围堰阻挡了浅滩泥沙进入港池的通道。同时大港湾形成的半封闭港池具有流弱、沙少、回淤较轻的特点,经过相应的工程措施可成为一个优良的港湾。     

河口悬沙浓度变化与多因子响应模式

从河口近岸悬沙浓度的影响因素入手,在收集现场实测资料的基础上,对悬沙浓度的变化规律进行分析。通过分析研究,建立了悬沙浓度变化与多因子响应高精度三维数值模型。以黄茅海水域1992年11月15日—19日实测水流、泥沙、风等资料为基础,对模型进行验证。结果表明:模型能较好地模拟河口水流泥沙运动,且计算稳定性好、精度较高。水流、泥沙运动验证成果基本能达到规范要求的精度。     

围垦工程对温州近海及河口悬沙场的影响

在温州市瓯江河口及近海水域大范围连续大、中、小潮实测水文泥沙资料及水下地形资料的基础上,建立包括瓯江、飞云江及鳌江在内的大范围平面二维潮流及悬沙输运数学模型,并进一步以2002年为基准水平年,在温州市滩涂资源利用现状的基础上,就近期、中期和远期规划的围垦工程的实施对温州市3大主要入海河流——瓯江、飞云江及鳌江河口及近岸水域的悬沙场分布、断面输沙率、海床冲淤演变等方面的影响进行研究。研究表明:远期工程由于围垦区域较大,影响相应也最大,而中期和近期工程的影响则相对较小。     

连云港旗台防波堤工程二维潮流泥沙数值模拟

以连云港旗台防波堤为研究背景,基于非结构网格有限体积法建立二维潮流泥沙数学模型,研究旗台防波堤建成前后港区附近潮汐、潮流与悬移质含沙量的变化,以期为日后连云港港口开发建设提供技术支持。研究认为,旗台防波堤的建设完成后,港区内外潮汐特性基本不变;港区内潮流呈减弱趋势,防波堤口门处潮流增强,防波堤内侧港区形成明显的回流区域;港区外侧高含沙量水体向外海移动,港区内最大含沙量整体降低。