风浪对引江济淮工程马尾河口航道影响研究初探

巢湖马尾河口口门航道是"引江济淮工程"的重要组成部分。文章通过Mike 3建立了巢湖水动力泥沙三维数值模型对马尾河口湖区水沙特性展开研究,利用2016年10月21日至10月23日大风天马尾河口湖区现场水沙实测试验对数学模型进行了验证,验证结果总体良好。进而通过建立的数学模型重点分析了风浪作用下马尾河口航道工程区域水沙运动规律特性,结果表明:巢湖为典型浅水湖泊,湖区泥沙易受风生波浪和湖流影响,尤其近岸区泥沙运动显著。同时,文章从马尾河口航道实测波浪与含沙量变化过程分析得出,波高与含沙量响应关系显著。因此,建议关注马尾河口航道工程开挖航槽时的泥沙淤积问题。     

巢湖兆河口门航道整治工程探讨

针对兆河入湖口门附近存在拦门沙碍航问题,采用实测资料分析和三维水沙数模计算相结合的研究方法,研究风生浪流动力作用下湖区泥沙输运特征,探讨口门航道整治方案布置。研究结果表明,巢湖底沙粒径较小,大风天风浪在近岸浅水区发生变形破碎,使水体含沙量增大,在风生湖流作用下,近岸泥沙表现为"波浪掀沙、湖流输沙"的运动特征。结合以往航道治理实践经验,提出整治与疏浚相结合的思路,多方案比选计算结果表明,筑堤方案可明显减小航槽淤积量,其中双侧筑堤方案整治效果更优。综合比选推荐采用双侧筑堤高坝缓坡方案。研究成果可为类似湖区口门航道整治提供借鉴。     

引江济淮工程巢湖水域风浪特性研究

根据巢湖湖区附近波浪及气象资料,采用经现场观测资料验证的考虑风能输入和底摩阻影响的非线性抛物型缓坡方程波浪数学模型对巢湖水域风浪特性进行研究,所建立的数学模型可较好地预测巢湖水域的波浪场及波高分布情况。结合湖区地形及平面布置,进行全方向的波浪数值模拟计算,得出湖区波浪场分布情况,为相关工程设计提供参考。     

长江下游南京河段马汊河口航道流态及泥沙淤积特性研究

选择南京八卦洲河段马汊河入江口门,建立二维潮流、泥沙数学模型,对入江口门航道流态、水流泥沙运动特征以及口门泥沙淤积特性进行研究。结果表明,中、洪水条件下,八卦洲河段内不存在涨潮流,但口门内仍然存在往复流。河床冲淤变形计算结果表明,口门向内泥沙淤积呈由大到小的分布规律,口门回流区淤积厚度最大。不同水文特征年泥沙淤积程度不同,随淤积历时增长,泥沙逐年淤积量略有减少,且淤积泥沙由口门逐渐向航道推进。     

某一级渔港防波堤及口门布置方案

防波堤尺寸及口门布置方向对港内各处波高分布、港池泊稳效果及港池淤积情况都有较大的影响,防波堤及口门的合理布置是渔港建设成败的关键因素。基于针对工程实例的波浪及潮流泥沙数学模型试验研究成果,从港内掩护效果、操船安全性、港内泊稳情况等角度对海南某一级渔港防波堤总平面布置、尤其是口门布置方案进行比对分析与优化设计,为渔港防波堤工程设计及施工提供指导。     

天津港防波堤延伸工程口门方案研究

根据发展的需要,天津港拟在原25万t航道北侧增加一条10万t级航道。由于航道宽度增加,设计口门宽度由900 m增加到1550 m,在现场实测资料分析的基础上,利用潮流、泥沙数学模型对口门拓宽后口门附近流场以及航道淤积情况进行了研究,建立波浪数学模型,对南疆码头附近泊稳以及波峰面高程进行了研究,主要结论是与原900 m时相比,口门拓宽后口门附近流态基本没有发生变化,航道淤强略有增加,但幅度不大,而口门拓宽后30万t油码头处波高有所增大,不能满足设计要求,将北防波堤向海延伸500 m后,30万t油码头处波高可以满足设计要求。     

汉班托塔港二期工程西人工岛方案对岸滩演变的影响

针对斯里兰卡汉班托塔(Hanbantota)港二期工程西人工岛建设可能造成的岸滩侵蚀或堆积变化,以及可能对防波堤口门区波浪和泥沙淤积产生的影响等关键问题,采用多次现场岸滩调查和断面测量获取基础数据、结合卫星遥感资料、沿岸输沙计算和模型试验研究的方法进行综合研究。结果表明:西人工岛对岸滩的影响只发生在西侧拦沙堤附近范围,会使防波堤口门区的波高增大5%～10%,但不会影响船舶安全进出港;其建设能适当减小防波堤口门区及口门外进港航道的泥沙淤积。研究成果可供在较大规模砂质海岸上设计和建造人工岛等港工建筑物参考。     

蓄水初期犍为船闸下引航道及口门区泥沙淤积成因分析

船闸的通航问题至关重要,泥沙淤积严重将会导致航道水深不足,影响通航。针对犍为船闸下引航道及口门区泥沙淤积问题,采用平面二维泥沙模型进行数值模拟,分析泥沙淤积成因,提出改善航道泥沙淤积的措施并加以验证。结果表明,受枢纽下游河床地形及引航道和口门区边界条件影响,形成大范围的回流,泥沙淤积范围和厚度较大;采取改善措施后泥沙淤积量明显减少。     

石浦港水动力泥沙问题研究

石浦港是一个具有五个口门的狭长港湾。作为一个港口,现有航道的通航能力明显不足,亟需升级现有航道至五万吨级航道以适应发展需要。另外,近年来石浦港大部存在泥沙淤积明显加重的趋势。本文通过地貌特征分析、遥感分析、现场实测水文泥沙资料分析、数学模型试验和物理模型试验对石浦港的潮流泥沙特征、泥沙淤积原因、石浦港航道开挖及下湾门炸礁通航等水动力泥沙问题进行了研究。研究结果表明:(1)石浦港是三门湾的外海通道之一,潮流是维持水道水深的主要动力;(2)石浦港及附近海域属于淤泥质海岸,含沙量较大;(3)五个口门中,三门和下湾门潮量较大,是主要口门;(4)从水动力泥沙角度考虑,石浦港五万吨级航道开挖及下湾门炸礁通航是可行的;(5)下洋涂围垦造成了石浦港潮动力减弱,是石浦港西、中部泥沙淤积加重的主要原因。     

基于三维数模对连云港港连云港区回淤强度的研究

利用三维数值模拟方法对连云港区回淤情况进行研究,研究结果表明:港区的泥沙主要来源于近岸浅滩泥沙,在风浪潮流共同作用下泥沙悬扬、搬移,悬沙沿程逐渐落淤,造成港池航道淤积,港内淤积呈现口门处最大、口门内淤积厚度逐渐减小的分布趋势。通过数学模型计算,确定了旗台、庙岭及墟沟港区的月淤积强度;另外,大风或台风天气情况下,港区的淤积会加重,可参照研究结果对各港区回淤强度进行修订。     

细颗粒泥沙运动及滩槽交换对航道回淤的影响

潮汐河口细颗粒泥沙为主的泥沙运动方式呈现出复杂的形态,其不同的运动形态对河口演变和航道回淤问题的研究十分重要。讨论在潮汐、波浪条件下,非黏性沙的层移运动和黏性细颗粒泥沙近底高浓度悬沙层的类推移运动,以及浮泥层的推移运动等泥沙运动形态的特点、发生条件和运移规律。针对长江口南槽水动力条件,利用前人水槽试验成果,估算了主槽水体含盐度高于浅滩时,航道两侧浅滩近底高浓度悬沙横向输移进槽的输沙量,得到与实际基本相符的结果。     

Comparison of sediment profile image data with profiles of oxygen and Eh from sediment cores

A study of oil and gas development in the Gulf of Mexico provided a unique opportunity to compare data from sediment profile images (SPI) with that of sediment cores collected at locations in the central Gulf of Mexico from 1034 to 1175 m. Variables measured from SPI included sediment grain-size, sediment texture, apparent depth of oxygen penetration (aDOP) into the sediments, and parameters related to biogenic activity (tubes, burrows, feeding pits or mounds, and subsurface feeding voids). Variables measured from the sediment cores included sedimentation rate, dissolved oxygen profiles, and redox potential (Eh). There was a high degree of concordance between the two data sets based on correlation analysis. For example, the correlation between aDOP and maximum penetration of oxygen into the sediment was 0.69. For deep-sea sediment, SPI provides a means by which general geochemical conditions of near surface sediment can be remotely assessed providing a quick method for mapping surficial geochemistry over large areas.     

长江口近期来水来沙量及输沙粒径的变化

长江来水来沙变化影响因素众多,除自然因素外,人类活动对河流水沙运动影响越来越显著。作为长江流域的终端,长江口地区既受自然因素影响,同时也显著地受到流域人类活动的影响。通过对比分析徐六泾站与大通站的水量和沙量,得出大通站能够作为代表流域进入长江口水沙情势的控制站。利用大通站的水文数据,统计分析1950—2011年的径流量、数量及输沙粒径的变化,得出长江口近期来水来沙量及输沙粒径的变化。研究结果表明:1)长江流域年来水量没有发生趋势性变化;2003年后三峡水库发挥调蓄作用,来水量年内分配呈现洪季径流量减少,枯季径流量增加的特征。2)1986年以来长江流域来沙量大幅减少,季节变化总体呈现洪季比例减小、枯季比例增大的特征。2003年三峡水库蓄水后,来沙量进一步减小,洪季输沙量明显减小。3)2003年前后大通站悬沙中值粒径变化不显著,从粒度组分上看粒度略有粗化。     

高含沙高水流海区工程布置对泥沙运动的影响

根据现场实测资料,分析了洋山深水港区的水文泥沙特征,提出了封堵汊道、平顺水流、安全靠泊、减小淤积等建设深水大港的基本原则。论述了水流强弱是港口建成后,维护要求水深的关键,也是随工程布置唯一可变的因素。从而得出如下主要结论:工程方案布置应尽量保持现有水流条件,特别是港池和航道水域;在岸线开发利用上,应视自然水深大小而定;小洋山汊道全部封堵后,势必造成主通道涨、落潮量的减小。适当缩窄西口门宽度,确保主通道水流单宽流量维持现有水平,应是今后进一步研究的课题之一。     

悬移质含沙量垂线分布

根据尼古拉兹实验结果拟合得到一个新的掺混长度表达式。将新掺混长度表达式与对数流速梯度相结合,得到动量传递系数的表达式。在此基础上假定泥沙紊动扩散系数与对应的动量传递系数相等,进而得到新的含沙量垂线分布公式。该公式与Rouse公式、van Rijn公式以及张瑞瑾公式相比,精度十分近似,有效地解决了Rouse公式表层含沙量为零,van Rijn公式分段表述结构不统一,以及张瑞瑾公式结构过于复杂的缺陷。利用多个海域实测资料对其进行验证,验证结果表明,新的含沙量垂线分布公式能够较客观地反映含沙量垂线分布规律。     

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%。     

底部薄板附近的水流及泥沙运动特性

通过水槽实验探讨了在饱和来沙条件下底部薄板附近的水流、泥沙运动特性,包括不同薄板高度、与水流不同夹角的安装方向等情况下,单个底部薄板附近的水流结构、泥沙运动规律、底部薄板的导沙特性及其附近的冲淤现象,以及底部薄板群体的导沙特性。试验结果表明,实验使用的薄板的长度对实验结果影响很大,过短的薄板实验根本观察不到薄板前冲刷沟内的沙波运动,而该沙波运动严重影响薄板的导沙效应。底部薄板附近的水流结构具有强烈的三维特性,流场复杂,对于一定的薄板,水流夹角、沙波的运动是影响薄板的导流导沙促淤的主要因素。     

泥沙干容重的预测计算

从浑水容重与浆体浓度的理论关系式出发,基于微量变化原理,将其应用于床面含泥浓度较高的情况,并进一步将浑水容重与泥沙干容重以及河底当量浓度与浆体极限浓度等联系起来,获得了包含有泥沙粒径、级配等因素在内的非均匀沙干容重计算公式。验证计算表明,计算结果与实测资料基本一致。     

抛泥扩散淤积分布计算

在平面二维潮流场的基础上,采用欧拉———拉格郎日质点漂移法对抛泥扩散淤积分布进行模拟计算。该方法不需要求解大型方程组,仅用有限个质点代表抛泥产生的污水团,根据单个质点所在地的已知流速、流向、水深、含沙量等参数,以及当地的其它自然条件,选择某个合适简便的泥沙公式,就能模拟污水团运移过程中泥沙造成的淤积范围和淤积厚度。通过对长江口北槽拟选倾倒区抛泥的淤积情况进行模拟计算,结果与示踪沙试验基本吻合,说明该方法对抛泥淤积的计算是可行的。     

船舶压载水及沉积物的控制和管理

远洋船舶空载或轻载时,为了航行安全需要加入压载水以增加抗风能力,到港装货时要排放压载水。压载水中的有害水生物和病原体同时也被搬运,并导致海洋水域环境的污染。国际海事组织制定的《国际船舶压载水及沉淀物控制和管理公约(草案)》,正是表达了人们对保护环境意识的加强,并愿意为此付出代价。