长江口拦门沙河段航道回淤的波浪动力环境 Ⅱ:洪枯季作用差异*

开展了长江口拦门沙河段波浪对河床作用的洪枯季差异及规律研究,结果表明：1）长江口拦门沙河段波能随周期的分布曲线在洪季表现为“窄峰”特征,波能主要集中在4.0～7.0 s,而洪季表现为“宽峰”或“双峰”特征,波能主要集中在4.0～12.0 s;2）与枯季相比,洪季长周期的高能波发生频率及其波能所占年总波能的比例显著提高,其中波能增加数十倍;3）长江口拦门沙区域的波浪按周期可分为3种类型,即低能波、高能波以及过渡波,其中低能波对拦门沙区域的深水河床基本无作用,高能波对拦门沙区域的深水河床作用非常显著,但过渡波对拦门沙区域的深水河床作用不确定,视波向变化而定。     

长江口拦门沙河段航道回淤的水流动力环境*

对长江口拦门沙河段航道回淤的水流动力环境进行了研究,结果表明：1）长江口拦门沙河段的水流动力是引起北槽深水航道冲刷的基本动力,在长江口12.5 m深水航道贯通后,航槽内的水流冲刷能力沿程普遍增强;2）径流变化与北槽深水航道回淤无明显关系;3）在长江口拦门沙河段,水流是一种相对稳定的周期性变化动力,洪枯季无明显差别;4）天然情况下长江口拦门沙河段的河床时刻处于一种动态平衡中,决定这种平衡关系的是水流和波浪两种动力,当仅有水流动力作用时,长江口拦门沙河段的河床形态就不再处于平衡状态,主槽将往冲深方向发展。     

长江口拦门沙河段航道回淤的波浪动力环境Ⅲ:对航道回淤的影响*

开展了长江口拦门沙河段波浪对北槽深水航道回淤的影响及特征研究。结果表明:1）北槽深水航道内的浮泥量变化与拦门沙河段的波浪密切相关,航道内浮泥量的显著增加均出现在波能显著增大之后,波能增加越大且持续时间越长,浮泥量也越大且持续存在时间也越长;2）较强波浪荷载作用会引起大量细颗粒泥沙从河床内部渗出,这些细颗粒泥沙就是形成航道内大量浮泥的主要物质基础;3）北槽深水航道的回淤量变化与长江口拦门沙河段的波浪变化在宏观上和微观过程上均吻合良好;4）在台风等因素引起的短期强烈波浪作用结束之后,其对床面的影响并不是随之而结束的,往往要持续相当长的时间。     

长江口北槽深水航道回淤量变化宏观动力原因分析

根据实测资料、物理模型试验结果和有关文献成果对影响长江口北槽深水航道回淤量的宏观动力原因进行了分析。取得新的认识：1）与枯季相比,长江口拦门沙河段洪季波浪中的长周期波浪显著增多,其中8.0 s及以上周期的波浪能量占总波能的比例由枯季的3.2%增加至洪季的40.6%;2）高能波浪运动对北槽航道回淤产生了显著的不利影响,与北槽航道回淤量的增加息息相关;3）12.5 m航道开挖后,北槽航道内水流冲刷能力沿程均有增强,有利于槽内泥沙往两侧高滩运移;4）长江口拦门沙河段泥沙自身交换量远大于河口上游来沙,洪水不是造成北槽航道回淤量发生显著变化的主导性宏观动力原因;5）波浪作用是长江口北槽航道回淤量发生显著变化的主导性宏观动力原因,“消浪”应成为今后北槽深水航道减淤工程以及长江口南槽、北港和北支下段航道整治工程设计研究工作中不可忽视的指导性原则之一。     

长江口北槽深水航道回淤相关问题分析*

从滩槽泥沙交换角度对长江口北槽深水航道回淤热点问题进行分析。取得新的认识：1）对长江口拦门沙河段滩槽泥沙交换而言,温度、盐度以及上游来水来沙均是独立存在的因素,但都不能独立起作用或作用很弱,对北槽深水航道回淤影响也非常有限;2）在长江口拦门沙河段滩槽泥沙交换中,拦门沙浑浊带、近底高含沙水体、南导堤越堤输沙、坝田淤积、边滩坡度及河床密实度变化以及层化和制紊效应等均是伴随而生的过程,这些现象的变化具有很好的一致性,但均不是独立存在的,不能独立对北槽深水航道回淤产生影响;3）波浪作用是引起长江口拦门沙河段滩槽泥沙交换往“冲滩淤槽”方向发展的根本动力,在北槽深水航道回淤原因分析及减淤研究中应抓住这个关键。     

沙质海岸破波带内底部离岸流及沙坝迁移数值模拟研究

建立了破波带内三维水动力泥沙数学模型体系,模型中同时考虑了波浪、波生底部离岸流、非粘性泥沙运动及地貌演变等动力机制。通过波浪水槽实验实测水、沙及地形数据验证,所建模式可有效模拟破波带内底部离岸流、泥沙运动过程及离岸沙坝的随时间迁移规律。模拟成果表明波浪破碎后引起的波生流系在破波带内形成一个时均垂向环流结构,其中底部时均流向指向外海,表层则指向近岸,靠近破波点处,底部离岸流的流速逐渐降低。在时均垂向环流体系的输送下,破波带内被波浪掀起的床面泥沙在底部离岸流作用下持续向外海输送,并在破波点附近堆积形成沙坝。沙坝的形成改变了局部波流场结构,在波浪的持续作用下逐渐向外海运移直至剖面达到基本平衡。     

长江口综合整治工程波要素计算方法

长江口位于开敞海域,波浪随季节变化,波况极为复杂。工程水域的设计波要素关系到海塘防洪安全,对于长江口综合整治工程有着重要影响。采用经验公式和数学模型两种方法计算长江口海域的波浪。研究结果表明,两种方法计算的平均波高相近;数学模型计算的波周期更符合波浪传播变形规律,经验公式计算的波周期偏保守、对工程来说偏安全。对两种计算方法的优缺点进行了比较分析。建议采用数学模型计算长江口水域的波要素,并采用经验公式进行复核。必要时结合波浪实测数据和物理模型,提高计算结果的准确性,为长江口综合整治工程提供可靠的设计波要素。     

基于浮标站观测的磨刀门洪枯季径潮动力作用规律及相关性分析

为揭示磨刀门主要动力因子对潮流运动的作用规律,采用主潮通量算法计算洪枯季半月不同时间尺度下的潮流动力特征值,采用多元线性回归法对特征值的相关性进行拟合分析。结果表明,磨刀门水道内平均落潮流速洪季比枯季总体大约14%,但涨潮平均流速仅为枯季一半;水道内洪季余流流速很大,枯季可忽略不计;口门外东汊和西汊涨潮流态洪季存在相互顶托,枯季均为西南向,洪枯季余流流速西汊均大于东汊,近底层水深范围存在逆时针半环流结构,且枯季尤为明显。潮汐动力和海面风对水道内余流影响较小,径流动力洪季影响显著、枯季影响很小。由于洪季径流动力强劲,东汊和西汊净潮通量变化规律一致;枯季磨刀门水道净通量主要输运至东汊水域,随沿岸流朝西南方向输运进入西汊,然后随离岸流朝南侧外海方向输出,符合口门外逆时针半环流结构的输运特征。     

MIKE21软件在滨州港内泊稳研究中的应用

针对海港港区拦沙堤平面主尺度对港内波浪要素（波高、周期等）的影响,通过MIKE21数值模拟的方法,研究渐变式潜堤掩护下的港内泊稳情况,得出不同重现期波浪条件下各计算点的设计波要素。结果表明：浪向与航道走向比较接近时,波浪受航道折射影响较大,航道内比波高明显减小,而两侧比波高增大;浪向与航道的夹角在20°左右时,随着航道与边坡的水深差增大,向航道边坡折射的波能增强;波向与航道夹角42°左右时,航道对波能传播的影响不明显;设计高水位2a一遇波浪作用下,港内泊稳条件较差,且现有方案泊稳不满足规范要求。     

天津港至南排河岸段海域悬沙运动遥感分析

利用Landsat-5/7卫星影像资料和实测含沙量资料,建立天津港—南排河岸段海域悬沙遥感模式,对表层水体悬沙分布及泥沙运动情况进行分析。研究表明,该海域含沙量均呈现从近岸至外海递减,具有明显的层次性;相对较高的含沙区域主要集中在-2m等深线以内,其表层含沙量一般在0.3kg/m3以上;沿岸线走向,含沙量的大小及分布范围总体呈现自北向南有所增大的特点;悬沙分布受季节性影响较大,冬季大风掀沙使得冬季含沙量明显大于夏季;当海域吹向岸风时近岸的含沙量要比吹顺岸风或离岸风时近岸含沙量高。     

日照港退岸还海项目人工沙滩拦沙堤布置研究

平直岸线建设人工沙滩时,在没有掩护条件下,通常会在波、流的作用下形成单向的持续输运,人工沙滩难以存留。文章以日照港退岸还海项目为例,基于抛物线型岬湾平衡岸线理论,通过数学模型试验确定了沙滩的铺沙范围和南拦沙堤的布置方案。同时,针对侵蚀比较严重的北侧和中部位置对比分析中部挡沙堤、离岸岛堤、北部拦沙堤等不同的掩护形式的景观性和对泥沙运动的影响,比选出设置北拦沙堤进行掩护,以沙滩流失量和稳定岸滩宽度作为主要指标,通过物理模型试验进一步确定了北侧拦沙堤的布置方案,并对拦沙堤的整体布置进行了验证。     

长江口径流来沙量减小对河口含沙量的影响

针对近年来长江流域来沙量大幅减小对长江河口含沙量的影响问题进行统计分析、对比研究。利用大通站来沙量数据,统计分析1950—2011年输沙量的变化,得出长江口近期径流来沙量大幅减少。对长江口各汊道1978—2011年实测含沙量进行统计分析,得知长江口径流来沙量减小对河口含沙量的影响。研究结果表明:1)长江口来沙量减小,使得口内段南支、南港总体含沙量水平明显减小,口外含沙量亦有所减小,但拦门沙区段的含沙量基本不变。减小幅度从内、外两侧向拦门沙降低。2)拦门沙区段水体含沙量主要与河口区滩地泥沙来源丰富、泥沙活动规模大、潮汐动力强以及盐淡水混合综合影响形成河口最大浑浊带等密切相关,上游来沙量减小对该区段含沙量变化规律的影响尚不明显。     

基于Delft3D的离岸堤附近波浪与波生流数值模拟

基于Delft3D三维波流耦合模型,模拟了仅波浪作用下出水离岸堤附近的波浪与波生流,与物模试验资料进行了对比,结果表明,Delft3D波流耦合模型能较好模拟波浪在近岸区域的浅水变形、折射、绕射、破碎等物理现象,波高、波生流沿断面的分布与试验结果吻合良好,验证了该模型在波浪传播变形、波生流模拟的可靠性;研究了不同入射角度与不同波高时离岸堤附近波生流的形态,研究表明入射角度增大,沿岸流也随之增大,离岸堤后方环流逐渐向波浪入射方向的下游移动,不同的入射波高条件下,离岸堤附近流态并没有太大变化,波高增大主要引起流速增大。     

波浪作用下护岸三维稳定试验研究

针对大连某护岸工程平面布置方案,通过波浪三维稳定物理模型试验,分别对工程前设计波浪要素和斜坡护岸稳定性进行了研究。研究结果表明,特定地形条件下近岸处波高会大于深水处波高,值得设计特别注意;采用同样重量的护面块体,在击岸破碎波的作用下,浅水段的护岸稳定性不及深水段,底部块体的失稳会导致上部块体的下滑、坍塌,从而使断面失去防浪功能;在某些情况下,斜向浪对扭王字块护面块体的作用比正向浪偏于危险。因此,工程设计需要特别注意斜向浪和击岸破碎波的影响。     

长江口北港航道治理方案评估

通过对长江口北港通航现状及河势演变分析,提出拦门沙河段水深不足是影响北港航道通航条件的主要因素。北港航道治理方案还应充分考虑与周边涉水工程、防洪防潮、水资源利用和生态环境保护的关系及影响,利用潮流数学模型对治理方案实施效果进行评估。结果表明,在航道流场动力方面,航道整治效果良好,辅以疏浚可实现航道规划目标。     

基于正交试验的弧形胸墙波浪载荷对波要素的敏感性分析

以复合式海堤弧形胸墙为研究对象,选择3个因素——水深、波高、波周期,每个因素取4个水平,按照正交表L16(43)设计相关试验组次研究上述因素对复合式海堤弧形胸墙波浪载荷的影响显著性。同时研究弧形胸墙波压力分布规律和波浪载荷时程变化规律。结果表明:对于弧形胸墙压力即时分布,点位与点位之间没有固定的大小关系,但整体上来说,胸墙迎浪面下半部分的波压力普遍大于上部分;在单个波浪周期作用过程中,水平波浪力存在2个峰值,垂向波浪力存在1个峰值2个谷值,垂向波浪力峰值与水平波浪力第1个峰值几乎同时达到,此时对胸墙的稳定性最为不利;水深对波浪载荷的影响最为显著,波高其次,波周期的影响相对最小。     

马迹山海域风和波浪特征分析

针对马迹山海域风和波浪特征,利用连续一整年的风和波浪资料进行数学统计相关分析,得到马迹山海域风和波浪要素分布特征。结果表明,马迹山海域波浪类型为以风浪为主的混合浪;观测期间最大波高为4.59 m,平均波高在0.20～0.42 m;最大波周期为9.50 s,平均波周期在2.66～3.01 s;马迹山海域全年常风向为NNW向,春、夏季常风向分别为S、SSW向,秋、冬季常风向均为NNW向,马迹山海域全年强风向为NNW向;春、夏季波高与风速的相关性一般,秋、冬季两者的线性关系明显。     

规则波作用下沙质岸滩剖面演变研究*

为了探究规则波作用下沙质岸滩的形态变化,在波浪水槽中构建沙质岸滩剖面的演变过程。发现在规则波作用下,沙质岸滩会出现沙坝峰,存在从单一沙坝峰到双沙坝峰的演变过程,且沙坝形成后并非静止不动,而是随时间变化存在离岸和向岸的往复运动。探究水深、周期和植被覆盖对沙质岸滩变化的影响,对其最大冲刷深度、最大淤积深度、冲刷面积和淤积面积进行讨论分析。结果显示,水深的增大会导致沙坝向岸运动,周期的增大会导致岸滩趋于紊乱,植被覆盖对岸滩有稳定作用。     

南港—北槽洪枯季沿程水沙盐特性分析*

利用2012年2月及8月长江口南港—北槽大、小潮水文测验资料,从涨落潮历时、流速、含沙量及含盐度等方面 分析了南港—北槽洪枯季水沙盐纵向及垂向分布特征以及潮周期内含沙量变化特性。分析表明：南港—北槽沿程各垂线落 潮平均历时洪季整体较枯季长,涨潮平均历时洪季整体较枯季短,且小潮期洪、枯季的这种差异更为明显;南港—北槽洪 季落潮流速普遍大于枯季,涨潮流速普遍小于枯季;小潮期涨潮平均流速会出现近底层较表层大现象, 且CSW-CS3出现滞 流点;北槽中段—口外段洪季含沙量及垂向差异均较枯季大,南港圆圆沙段及北槽上段枯季含沙量较洪季大;潮周期内北 槽中段各垂线上层含沙量均较小,且变化幅度相对较小,但下层含沙量变化达数倍乃至十几倍之多,且涨憩时段近底层含沙 量可能特别高;洪枯季北槽中段均存在盐水楔,其位置洪季偏上、枯季偏下,最大浑浊带洪枯季位置变化与此基本一致。     

黄骅港外航道寒潮风暴潮及大浪作用下泥沙骤淤数值模拟

建立了多重嵌套网格的渤海湾风暴潮一波浪一泥沙运动数值模式,模拟了渤海湾2003年10月的一次强寒潮风暴潮.以黄骅港航道整治工程为例,模拟研究了航道整治工程前后的流场和泥沙场.研究发现,寒潮风暴潮期间,风暴潮引起的沿岸流使得黄骅港外航道跨越航道横流明显增强,为输沙提供了动力条件;黄骅港二期外航道在此次风暴中骤淤严重,口门外3-19 km段泥沙回淤在2.0 m以上;采用三期拦沙堤防护工程可以规避近岸破波区高含沙水流,外航道最大淤积区向外移,可以起到明显的防淤减淤作用.