潮汐环境下细颗粒泥沙沉降速度研究述评I——基本概念与研究方法

在河口海岸研究领域,泥沙沉降速度是泥沙研究基础理论体系中一个最基本、最核心的物理量,它是直接表征泥沙动力学特征和影响河床底部淤积通量最重要的控制参数之一。综述分为3篇,第1部分主要从沉降定义入手分析,厘清基本概念,总结分析了细颗粒泥沙沉降速度研究方法。到目前为止,细颗粒泥沙沉降过程的环境敏感性特征已经得到普遍的认可,脱离一定的沉降环境,纯粹而笼统地认为向下运动的速度是对细颗粒泥沙沉降速度的曲解。在理论计算、室内试验和现场测量3类研究手段中,建议采用室内试验方法,但测控设备需进一步改进。     

淤泥临界起动条件及冲刷率试验研究

本文根据试验结果,从粘性细颗粒泥沙受力分析出发,考虑淤泥密实度及粒径的变化对细颗粒泥沙间粘结力的影响,对粘性细颗粒泥沙临界起动条件变化规律进行了探讨;并对其冲刷串与水流切力的关系进行了初步研究,文中关于粘性细颗粒泥抄临界起动条件表达式经所收集到国内外实测资料验证,吻合程度较高。     

滨州港海域沉积物特性分析

依据2008年1月、2006年3月和7月的黄骅港、滨州港海区沉积物取样资料,对海床泥沙中值粒径、细颗粒泥沙含量、分选程度等平面分布特征进行了分析,并与黄骅港海域的泥沙底质进行了比较,结果表明滨州港的兴建阻挡了港岛以南床面泥沙的北移,部分遏制了泥沙来源,同时滨州港外航道成为从南到北泥沙输移的沉沙池,对减少黄骅港外航道泥沙淤积有利。     

潮汐环境下细粒泥沙沉降速度研究述评Ⅱ——计算方法与公式*

作为“潮汐环境下细颗粒泥沙沉降速度研究述评”的第二部分,详细介绍了在潮汐环境下确定细颗粒泥沙沉降速度的计算公式与相关方法。通过正式文献可以考证的,关于细颗粒泥沙沉速的计算公式逾百种,每个公式均有其一定理论或经验的背景,本文系统地分析并对比了不同背景的计算公式和方法：1）以粒径为主要因子的半经验公式（武水公式、Stocks公式等）,忽略了细颗粒泥沙的基本沉降特性;2）以含沙量为主要变量的泥沙沉速经验公式,不同研究者得到的结果或者公式的参数差异较大,在没有确认其计算条件、计算方法、测量工具、适用条件前,需谨慎选择,不能简单吸纳,尤其是在盐淡水混合的潮汐环境下,其相关关系和影响因子具有较强的特定性;3）劳斯公式拟合法所得的“有效沉速”,在计算过程把不同因子导致的泥沙颗粒向下的运动均归为泥沙重力沉降过程,物理概念不清晰;4）麦克劳林公式计算细颗粒泥沙沉速,符合沉速的物理定义,其理论性和物理意义也较强。     

细颗粒泥沙絮凝现象研究综述

概述了河口泥沙絮凝研究工作中有关絮凝机理、絮凝特性、影响河口细颗粒泥沙絮凝的若干因子。一般研究表明,泥沙颗粒越细,絮凝现象就越明显。絮团的沉降速度主要取决于絮团密度和絮团大小。水流一方面能加强细颗粒泥沙的相互碰撞,促进絮凝作用的发生,另一方面水流又具有剪切破坏作用,因此水流对细颗粒泥沙絮凝沉降的影响表现为在低流速时的促进絮凝作用和高流速时的阻滞絮凝作用。     

潮汐环境下细颗粒泥沙沉降速度研究述评Ⅱ——计算方法与公式

作为"潮汐环境下细颗粒泥沙沉降速度研究述评"的第二部分,详细介绍了在潮汐环境下确定细颗粒泥沙沉降速度的计算公式与相关方法。通过正式文献可以考证的,关于细颗粒泥沙沉速的计算公式逾百种,每个公式均有其一定理论或经验的背景,本文系统地分析并对比了不同背景的计算公式和方法:1)以粒径为主要因子的半经验公式(武水公式、Stocks公式等),忽略了细颗粒泥沙的基本沉降特性;2)以含沙量为主要变量的泥沙沉速经验公式,不同研究者得到的结果或者公式的参数差异较大,在没有确认其计算条件、计算方法、测量工具、适用条件前,需谨慎选择,不能简单吸纳,尤其是在盐淡水混合的潮汐环境下,其相关关系和影响因子具有较强的特定性;3)劳斯公式拟合法所得的"有效沉速",在计算过程把不同因子导致的泥沙颗粒向下的运动均归为泥沙重力沉降过程,物理概念不清晰;4)麦克劳林公式计算细颗粒泥沙沉速,符合沉速的物理定义,其理论性和物理意义也较强。     

潮汐环境下细粒泥沙沉降速度研究述评Ⅲ——沉速的影响因子*

作为“潮汐环境下细颗粒泥沙沉降速度研究述评”的第3部分,在前人大量理论和试验研究的基础上,对决定细颗粒泥沙沉降速度最重要的3个因子（含沙量、盐度和温度）影响沉速的方式进行了综述。通过对比与分析认为：1）含沙量是影响沉速的主要因子之一,当含沙量在一定范围内,含沙量增加沉速增加;当超越一定限度,含沙量增加,沉速反而减小,存在一个最佳絮凝含沙量区间。2）温度与沉速的关系还需进一步探索;盐度与沉速的关系也存在一定争议,可能存在最佳絮凝的盐度条件。3）含沙量、盐度和温度均能显示其对细颗粒泥沙沉降速度程度不一的影响力,且各因子对沉速的影响关系并非单一、较为复杂,不同地域、时段和区段某些关键参数的差异较大。     

潮汐环境下细颗粒泥沙沉降速度研究述评Ⅲ——沉速的影响因子

作为"潮汐环境下细颗粒泥沙沉降速度研究述评"的第3部分,在前人大量理论和试验研究的基础上,对决定细颗粒泥沙沉降速度最重要的3个因子(含沙量、盐度和温度)影响沉速的方式进行了综述。通过对比与分析认为:1)含沙量是影响沉速的主要因子之一,当含沙量在一定范围内,含沙量增加沉速增加;当超越一定限度,含沙量增加,沉速反而减小,存在一个最佳絮凝含沙量区间。2)温度与沉速的关系还需进一步探索;盐度与沉速的关系也存在一定争议,可能存在最佳絮凝的盐度条件。3)含沙量、盐度和温度均能显示其对细颗粒泥沙沉降速度程度不一的影响力,且各因子对沉速的影响关系并非单一、较为复杂,不同地域、时段和区段某些关键参数的差异较大。     

粘性细颗粒泥沙水流挟沙力计算公式

通过分析水流挟运粘性细颗粒泥沙的力学机理及其相关因素，综合粘性细颗粒泥沙试验成果，运用“制紊动”的概念及“制紊假说”，推导了一个粘性泥沙公式流挟沙力计算公式。     

港珠澳大桥珠澳口岸人工岛工程二维潮流泥沙数学模型研究

基于TK-2D软件建立了三角形网格的伶仃洋海域大范围二维潮流泥沙数学模型和港珠澳大桥的珠澳口岸人工岛工程区附近小范围局部细化的二维潮流泥沙数学模型,并根据现场实测资料对模型进行了验证模拟,在模型验证基础上,对珠澳口岸人工岛工程实施后的潮流泥沙进行了模拟研究,从潮流泥沙角度对人工岛工程对周围海区的影响进行了分析论证.研究...     

南汇东滩对长江口与杭州湾泥沙交换的影响研究

南汇东滩位于长江口与杭州湾的交汇处,是长江口与杭州湾水沙交换的重要通道,文章结合水动力特征指出南汇东滩是长江口外一个特殊的潮流动能减弱区,潮滩南北两侧潮流动能相对较强,涨落潮时过境泥沙易于落淤。根据长江口外的盐淡水混合类型分布及实测泥沙粒径组成指出风浪天气下南汇东滩是南槽淤积泥沙的主要物质来源,部分泥沙经南槽出海后随涨潮流进入杭州湾,大风天气下南汇东滩与杭州湾北岸地形演变成相反趋势,进一步证明南汇东滩是长江口与杭州湾泥沙交换的中转站。文章最后结合Lagrange质点运动轨迹分析了边滩不同区域质点的运动趋势,发现潮滩南北两侧质点运动趋势相反,提出边滩泥沙运动分界点的位置。研究表明南汇东滩特殊的动力机制对长江口与杭州湾北岸的岸滩演变具有重要的影响。     

瓯江口水文泥沙特征分析

在大量实测资料的基础上,对瓯江口海区的地貌特征、河道径流特征、河道输沙特征、潮汐特征、潮流特征、余流特征、波浪特征、含沙量特征、泥沙来源、盐度特征、悬沙粒径和底质粒径特征、瓯江南北口的分流和分沙特征、中水道和北水道的分流和分沙特征进行了分析,根据实测资料分析得到了瓯江口挟沙力公式,得到了平衡水深公式,为瓯江河口的工程开发建设和科学研究提供了基础资料。主要研究成果表明:(1)瓯江口的潮汐属正规半日潮类型,平均潮差在4 m以上,属强潮河口;(2)潮流属正规浅海半日潮流类型,呈往复流动,潮流动力强;(3)瓯江为少沙河流,多年平均年悬移质输沙量为205.1万t;(4)瓯江南北口的平均涨潮分流比为21%和79%,落潮平均分流比为26%和74%;(5)瓯江南北口的平均涨潮分沙比为20%和80%,落潮平均分流沙比为22%和78%。     

滩槽泥沙交换对长江口北槽深水航道回淤影响的分析

黏性细颗粒泥沙在潮汐水流中运动的主要特性之一是存在多种不同尺度的输运形态。就长江口而言,其中1～2 m近底水流驱动下的高浓度悬沙输运应加重视。现场观测表明,近底高浓度悬沙的生成与黏性细颗粒泥沙在潮汐水流中的沉降特性有关,其输运对航道回淤的影响表现为滩槽之间的泥沙交换。初步估计横向水体高浓度悬沙输运造成12.5 m深水航道中段2 000万～3 000万m3的年回淤量是可能的。这可能是造成航道中段集中回淤的重要原因之一。     

滩槽泥沙交换对长江口北槽深水航道回淤影响的分析

黏性细颗粒泥沙在潮汐水流中运动的主要特性之一是存在多种不同尺度的输运形态。就长江口而言,其中1~2 m近底水流驱动下的高浓度悬沙输运应加重视。现场观测表明,近底高浓度悬沙的生成与黏性细颗粒泥沙在潮汐水流中的沉降特性有关,其输运对航道回淤的影响表现为滩槽之间的泥沙交换。初步估计横向水体高浓度悬沙输运造成12.5 m深水航道中段2 000万~3 000万m~3的年回淤量是可能的。这可能是造成航道中段集中回淤的重要原因之一。     

鸭绿江河口潮流泥沙数值模拟

在分析鸭绿江河口实测水文泥沙资料的基础上,采用MIKE21 FM模块建立了基于多重嵌套网格模式的河口潮流场和泥沙场数学模型,模型范围为上游丹东市的江桥至河口江海分界线以外6~7 m等深线附近,并对2个潮位站、15个流速流向和含沙量测站进行了验证,对现状条件下的河口水域流场和泥沙场进行了数值模拟与分析。研究结果表明:落潮流速一般大于涨潮,沿程变化上浪头港以下2 km附近及斗流浦航槽内平均流速较大,至河口段水面逐渐放宽,致使落潮水流流速有减小趋势;含沙量沿程呈递增趋势,最大含沙量出现在各分汊水道的上口,即斗流浦水域。     

南汇嘴潮滩沉积物粒度特征研究

文中以实测底质采样资料为基础,对南汇嘴沉积物粒度特征进行了分析,并利用Gao&Collins沉积物趋势分析法探讨边滩的沉积物输运趋势。总体上看,样品粒级变化不大,主要以粘土质粉砂、粉砂为主。没冒沙区域由于受到特殊地形以及水流的影响,沉积物以细砂为主;南汇东滩在横向分布上,沉积物粒径逐渐变粗再逐渐变细;南滩受风浪影响,近岸浅滩沉积物颗粒组成较粗,而远岸区域海床颗粒较细。沉积物中值粒径、分选系数和偏度的分布具有一致性,三者相关性较强;浅滩的沉积物粒度特征表现为正偏,分选性较差,分选系数值集中在2左右;南汇嘴区域沉积物运移方向主要是从口外向西输移,汇聚在南汇嘴附近;杭州湾北岸沉积物主要是向东输运,达到芦潮港西侧水域后逐渐转为向南或向南偏东离岸方向运动,对芦潮港附近水下岸坡的冲刷后退起到了一定的影响。     

葫芦岛海域潮流泥沙数值模拟

使用TK-2D软件建立了基于不规则三角形网格的葫芦岛海域的潮流场和悬沙场数学模型,根据现场实测资料对模型进行了充分的验证,对葫芦岛海域的潮流泥沙场进行了数值模拟,根据模拟计算结果,对该海域的潮流场和泥沙场特征进行了分析。研究结果表明:(1)葫芦岛海域海区的潮流运动为半日潮流类型;(2)该海区的潮流运动基本为平行岸线的往复运动;(3)该海区的潮流动力中等;(4)正常天气条件下水体含沙量很小,且分布均匀。     

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。     

福建兴化湾近岸地貌特征与泥沙来源分析

在现场地貌调查及沉积物取样分析的基础上,对兴化湾的自然条件、沉积特征、泥沙来源及运移趋势进行了分析。判明石城岛以西水下沉积物以粘土质粉砂分布为主,泥沙粒径在0.01 mm左右,为河流下泄泥沙沉积为主。石城岛以东局部区域沉积物质为极粗砂,为近岸山体及浅滩冲蚀物质沉积为主。兴化湾的泥沙主要为河流输沙,其次是周边沿岸冲蚀入海物质及岬角岛礁受风浪侵蚀泥沙。由于湾外涨、落潮流路的稳定和潮流动力的强劲,湾内水深地形与潮流动力有很好的对应性和稳定性,泥沙运动仅限于湾内泥沙的再搬运。     

洋山深水港北侧围垦工程潮流泥沙数值模拟研究*

为进一步完善洋山深水港的各项配套功能,港区北侧将通过围垦工程建设具有综合服务功能的物流园区。围垦工程将引起小洋山岛周围海域潮流及泥沙运动发生变化。为解决开发建设的一系列潮流泥沙技术难题,在充分掌握海域潮流泥沙运动特性的基础上,采用Mike21中的FM三角形网格和动边界技术建立平面二维潮流数学模型,模拟研究规划方案建设引起的潮流场变化,计算分析各围垦规划方案引起的潮流变化及泥沙冲淤幅度,论证规划方案的可行性。