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人工岬角和海滩养护下泥沙输运与海床演变

海洋与湖沼 2022年第4期53卷 917-932页

作者：韩雪健匡翠萍宫立新李文斌同济大学土木工程学院上海200092 河北省地矿局第八地质大队河北秦皇岛066000

实施人工岬角和海滩养护的软硬措施相结合的方法是探索解决海滩侵蚀问题的新举措之一。基于验证良好的水动力模型建立了泥沙输运和海床演变模型,对秦皇岛市新开河口至南山岸线海滩经整治修复工程实施后的泥沙输运和海床演变规律进行模... 详细信息

实施人工岬角和海滩养护的软硬措施相结合的方法是探索解决海滩侵蚀问题的新举措之一。基于验证良好的水动力模型建立了泥沙输运和海床演变模型,对秦皇岛市新开河口至南山岸线海滩经整治修复工程实施后的泥沙输运和海床演变规律进行模拟分析。结果表明:大潮与常浪耦合作用下,研究区域周围海域流速整体上落急时刻大于涨急时刻,沙坝掩护水域的流速较弱,波浪在沙坝处增强并在沙坝后破碎并减弱;在沙坝处出现高悬沙浓度区域,悬沙浓度分布主要由底床切应力控制,部分受水动力影响。大潮与强浪耦合作用下,在沙坝处出现远大于常浪时的增强水流(波生流),方向与强浪向一致,波浪在沙坝处已破碎且沙坝对强浪的削减效率大于常浪;与常浪作用下不同,悬沙浓度场在强浪作用下沙坝处没有出现明显的高浓度区域。波流耦合作用下,人工岬角单独存在时护岸效果有限,工程实施后在人工岬角和人工沙坝的配合下,沙坝处侵蚀而沙坝后侧掩护区域淤积,沙坝起到了有效养护海滩的作用。

关键词：人工岬角海滩养护波流耦合泥沙输运海床演变

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珠江河口及其近海陆架对台风“暹芭”的响应

海洋工程 2024年

作者：池典赐崔永生张光徐天平龚文平广东省海洋资源与近海工程重点实验室广东省海洋发展规划研究中心中山大学海洋科学学院

台风是一种典型的极端天气过程，往往引发风暴潮、巨浪和强降水，对河口与近海陆架水动力及泥沙输运产生重要影响。以2022年台风“暹芭”为例，采用波-流-泥沙耦合的COAWST（Coupled Ocean-Atmosphere-Waves-Sediment Transport）模型... 详细信息

台风是一种典型的极端天气过程，往往引发风暴潮、巨浪和强降水，对河口与近海陆架水动力及泥沙输运产生重要影响。以2022年台风“暹芭”为例，采用波-流-泥沙耦合的COAWST（Coupled Ocean-Atmosphere-Waves-Sediment Transport）模型系统，模拟了台风登陆前后珠江口及其近海陆架的动力过程。通过将台风期间与常况下的珠江口及其近海陆架的水动力与泥沙输运过程进行对比，量化了台风对珠江河口及近海陆架的温盐、海流、波浪、悬沙浓度以及海底冲淤的影响。结果表明，台风“暹芭”期间近海的波浪作用显著增强，加强了水体的混合，使得底切应力增大，进而增强了河口湾与近海的海底泥沙再悬浮。大幅增高的悬沙浓度和海流的强引发了较强的泥沙输运和辐聚辐散，导致海底地形发生了剧烈的冲淤变化。本研究旨在加深我们对极端事件对河口和近海水动力和泥沙输运过程影响的理解。

关键词：台风泥沙输运海底冲淤 COAWST模拟系统珠江口

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台湾海峡水沙数值模拟与地貌冲淤分析

海洋学报 2024年第4期46卷 90-105页

作者：钟皓周洁琼吴自银赵荻能曹振轶朱超自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012 自然资源部海底科学重点实验室浙江杭州310012 上海交通大学海洋学院上海200030 卫星海洋环境动力学国家重点实验室浙江杭州310012

台湾海峡是我国最大的海峡,也是东海和南海进行物质和能量交换的主要通道。海峡内地形变化剧烈,海洋动力环境复杂,加上两侧众多山溪性河流携带大量泥沙流入海洋,是研究动力沉积作用的理想场所。目前,由于缺乏海峡整体的高分辨率地形以... 详细信息

台湾海峡是我国最大的海峡,也是东海和南海进行物质和能量交换的主要通道。海峡内地形变化剧烈,海洋动力环境复杂,加上两侧众多山溪性河流携带大量泥沙流入海洋,是研究动力沉积作用的理想场所。目前,由于缺乏海峡整体的高分辨率地形以及相关实测水文数据,以整个台湾海峡为研究区域的动力沉积模拟尚不多见。本文基于高分辨率地形和相关水文数据,建立了台湾海峡水动力数值模型,耦合泥沙输运模块,模拟台湾海峡的动力沉积过程,并用现场观测资料对模型进行了验证。动力模拟结果表明,台湾海峡的潮流流场由南、北两个潮波控制,具有明显的时间和空间特征,潮流流速夏季大于冬季,海峡中部小于南北两侧,北侧小于南侧。基于冲淤模拟结果,将台湾海峡划分为淤积区、侵蚀区、冲淤平衡区三大类共计7个沉积分区,淤积区沉积速率最大可达5 cm/a,主要集中在台湾浅滩北部,侵蚀区冲刷速率为2~5 cm/a。结合模拟结果,本文建立了台湾海峡沉积输运模式与“源-汇”格局模式,阐述了台湾海峡冲淤变化的动力学机制和“源-汇”过程。

关键词：台湾海峡数值模拟水动力泥沙输运地貌演变

基于GOCI和FVCOM的黄河口切变锋特征与泥沙输运研究

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2022年第6期52卷 13-26页

作者：毛政王楠宋德海鲍献文仲毅中国海洋大学海洋与大气学院山东青岛266100 中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室山东青岛266100 中国海洋大学海洋地球科学学院山东青岛266100

本文以黄河口切变锋为对象,基于静止轨道海洋水色成像仪(Geostationary Ocean Color Imager,GOCI)遥感数据和水沙观测数据,建立了高精度的渤海海表悬浮体浓度(Suspended Sediment Concentration,SSC)反演公式,采用最大互相关(Maximum Cr... 详细信息

本文以黄河口切变锋为对象,基于静止轨道海洋水色成像仪(Geostationary Ocean Color Imager,GOCI)遥感数据和水沙观测数据,建立了高精度的渤海海表悬浮体浓度(Suspended Sediment Concentration,SSC)反演公式,采用最大互相关(Maximum Cross Correlation,MCC)法和SSC梯度相结合的方法,有效识别了遥感观测的锋面时空特征;同时基于有限体积海岸海洋模型(Finite-Volume Community Ocean Model,FVCOM)建立了适用于渤海的水动力模型,将FVCOM流场数据与海表SSC相结合,研究了黄河口切变锋对悬浮体通量的影响与河口泥沙输运路径。结果表明,切变锋从黄河口往东南方向移动,历时2~3 h,消失于10 m等深线附近,内涨外落(Inner-Flood-Outer-Ebb,IFOE)型切变锋的长度较内落外涨(Inner-Ebb-Outer-Flood,IEOF)型更长,IFOE型切变锋的平均长度约为22.4 km,最长能达到41 km以上,而IEOF型切变锋平均长度约为16.9 km;IFOE型切变锋消失的位置较IEOF型偏南。切变锋带由于具有低流速特征,能显著减小悬浮体通量,使大部分泥沙沉积在河口。切变锋处悬浮体通量不足其内侧的50%,超过50%的悬浮泥沙被切变锋阻隔在锋面内侧。切变锋使悬浮体通量提前减小,在6 m以浅海域即开始锐减。在潮流和锋面的影响下,非汛期黄河口泥沙主要往南或东南向莱州湾中部输运,再往东北输向莱州湾外,极少部分往西北和渤海中部输运。

关键词：切变锋静止轨道海洋水色成像仪(GOCI) 泥沙输运有限体积海岸海洋模型(FVCOM) 黄河口

泥沙输运与海床演变对曹妃甸港口工程的响应特征

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同济大学学报（自然科学版） 2014年第12期42卷 1840-1845页

作者：匡翠萍戚健文蒋茗韬顾杰同济大学土木工程学院上海200092 上海海洋大学海洋科学学院上海201306

采用Delft3D软件建立了波流共同作用下曹妃甸海域三维泥沙输运与海床演变数学模型,使用2012年实测潮流和含沙量对模型进行验证.运用验证后的数学模型对2012年曹妃甸工程的泥沙输运和海床演变进行模拟,从而分析泥沙输运与海床演变对港口... 详细信息

采用Delft3D软件建立了波流共同作用下曹妃甸海域三维泥沙输运与海床演变数学模型,使用2012年实测潮流和含沙量对模型进行验证.运用验证后的数学模型对2012年曹妃甸工程的泥沙输运和海床演变进行模拟,从而分析泥沙输运与海床演变对港口工程的响应特征,得出以下结论:曹妃甸海域含沙量较低,小于0.2kg·m-3,呈现在平面上为西部高、东部低,滩地高于外海,在垂向上为由表层至底层增大的特点;甸头、西部滩地和东坑坨海域为主要冲刷区,西部深槽和东部老龙沟深槽为主要淤积区.海床一年的冲淤演变总体在0.5m以内,海床是动态稳定的,冲刷率和淤积率均是港口运行可接受的.

关键词：潮流 Delft3D 泥沙输运海床演变曹妃甸

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台风对长江口及杭州湾海域泥沙输运的影响

台风对长江口及杭州湾海域泥沙输运的影响

作者：马圆圆上海海洋大学

学位级别：硕士

河口是海岸带最重要的组成部分之一,也是陆地和海洋物质交汇,潮流、径流相互作用的重要地带。我国河口众多且类型复杂,河口区域经济发达,人口密集,码头众多,航运发达。泥沙输运会造成岸滩冲刷、海岸线变形、航道淤积等影响,在海岸地形... 详细信息

河口是海岸带最重要的组成部分之一,也是陆地和海洋物质交汇,潮流、径流相互作用的重要地带。我国河口众多且类型复杂,河口区域经济发达,人口密集,码头众多,航运发达。泥沙输运会造成岸滩冲刷、海岸线变形、航道淤积等影响,在海岸地形地貌不断演变,污染物入海与输运过程中起着重要作用。所以,研究河口泥沙输运,探究其运动规律,对海洋资源的合理利用、开发,防治海洋污染等具有重要的意义。长江口是我国最大的河口,入海时携带大量的泥沙,是东海陆源物质的主要来源。并且,前人对于长江口及邻近海域泥沙输运机制进行了许多研究。但是,在台风的影响下,天气比较恶劣,对于水文泥沙资料难以获得,前人对台风天气下的泥沙输运研究还较少。我国是遭受台风影响最多的国家之一,台风也是河口海岸频繁发生的自然灾害之一,在台风浪的作用下,水流紊动增强,流速增大,海底底床的冲刷增强,此时需要较大冲刷力才能起动的泥沙发生悬浮,导致悬沙浓度增高。台风对河口海岸泥沙输移、河口变迁,海岸侵蚀以及航道的淤积有着重要的影响,所以对于台风天气下的泥沙输运研究有着重要意义。本文主要利用MIKE 21软件,在收集了水文资料的前提下,建立了长江口及杭州湾海域的数值模型。首先建立了正常天气下研究区域的水动力模型,并且利用实测资料进行验证,验证结果表明,模拟值与实测值吻合性较好。在确定模型的可行性后,对“烟花”台风天气下的研究区域进行建模,并分析了台风天气下的潮流特征。对于台风天气条件下的数值模拟,台风风场的构建十分重要,由于再分析数据不能准确的描述台风的强度与位置,所以风场使用了经验风场模型与再分析数据的背景风场重新构造出的新的风场。对于台风天气下波浪的计算,采用了MIKE软件中的SW模块。在海洋中,余流对于污染物输运、泥沙迁移、温盐度场分析至关重要,为了探究泥沙的输运机制及台风对其的影响,对正常天气与台风天气下的余流特征进行了分析。在台风天气下,受到强烈风浪的影响,研究区域的余流发生了明显的变化,在杭州湾余流方向主要是由外海流向湾内,而且流速也比较大。在正常天气下,杭州湾余流方向主要是由湾内流向湾外,整体呈现东偏北方向,同时,在北岸存在一支流向湾内的沿岸流。在水动力模型的基础上,又分别建立了正常天气和台风天气下的泥沙输运模型,模型的建立采用了MIKE中的MT模块,并分析了不同天气下的泥沙输运特征。在正常天气下,泥沙输运主要受到潮流的影响,在悬沙浓度与流速的对比关系中发现悬沙浓度峰值总是出现在流速峰值之后,这是因为在底床的部分泥沙需要较大临界启动力才会再悬浮,当潮流增大时,这部分泥沙发生再悬浮,而泥沙的起动、再悬浮和输运扩散都需要一个时间过程,这便使得泥沙浓度峰值滞后于流速的峰值。在台风天气的影响下,泥沙浓度值偏高,与正常天气下的泥沙浓度空间分布有所不同,悬沙浓度高值区有所扩大,在台风登陆时,杭州湾海域悬沙浓度最高值分布在湾口中间位置,浓度达到6.8kg/m,在悬沙高浓度区底床被冲刷,湾内存在不同程度的淤积与冲刷。

关键词：长江口杭州湾 MIKE21 泥沙输运台风天气

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洋山及其邻近海域泥沙输运机制

洋山及其邻近海域泥沙输运机制

作者：施悦上海海洋大学

学位级别：硕士

洋山海域由于其独特的位置和自然地理条件,20世纪末被国家经讨论后纳了入重点港口工程规划建设,并产生了巨大的经济和社会效益,但与此同时随着港口工程建设,海域水动力环境发生改变,会在一定程度上影响泥沙输移和淤积规律,对这一现象进... 详细信息

洋山海域由于其独特的位置和自然地理条件,20世纪末被国家经讨论后纳了入重点港口工程规划建设,并产生了巨大的经济和社会效益,但与此同时随着港口工程建设,海域水动力环境发生改变,会在一定程度上影响泥沙输移和淤积规律,对这一现象进行研究分析可以为工程的规划设计提供理论依据,给港口航道建设提供一定价值参考,最大程度的减少涉海活动带来的负面影响,还有利于保护海洋环境等。因此为了研究该海域的水动力环境变化和由径流携带输运及背景悬沙综合作用下的形成的洋山海域泥沙分布及输运机制,本文基于非结构化不规则三角网格有限体积海洋数值模型(FVCOM)及其泥沙模块(FVCOM-SED),构建了一个大范围以大洋山为中心向外辐射包括长江口、杭州湾及附近海域(50m× 50m)的高分辨率三维水动力泥沙数值模型,通过实测资料对模型模拟数据进行可靠性验证后,系统的分析了洋山及邻近海域水动力环境时空规律特征及泥沙分布及输运机制,具有较强的实际意义。研究表明:(1)从洋山及邻近海域潮汐潮流特性看,洋山海域潮汐判别系数和潮流判别系数分别为为0.416和0.252,二者均小于0.5,从而根据判别公式得出该海域为正规半日潮类型和正规半日潮流类型;并且经计算洋山海域表层最大可能流速位于大小洋山之间的深水航道区域可达2.5 m/s,并向两岸递减。(2)从洋山及邻近海域水动力环境时空分布特征看,流速和能流密度分布较为一致,较大处均位于大洋山北部两岬角处,其中大洋山东北角处靠近深水航道区域的流速和流能最大。洋山海域涨急时刻流场变化的最大流速可达到1.6 m/s,涨潮潮流为S-E向,落急时刻流场的最大流速可达到1.2 m/s,落潮潮流N-W向;该海域潮流平均速度普遍超过0.4 m/s,最大平均速度可达0.9 m/s以上,最大流速均超过0.8 m/s,最大可超过2.2 m/s;该海域平均能流密度均能超过0.1 kw/m2,最大平均能流密度可超过0.7 kW/m2,最大能流密度均能超过1.0 kw/m2,最大能流密度可超过6 kw/m2。(3)从洋山及邻近海域泥沙分布及输运机制看,本文洋山海域泥质区泥沙结合主要来源于钱塘江径流入海径流携带泥沙及杭州湾浅滩泥沙的掀扬与输送;洋山海域泥沙沉降速率北侧和西侧与南侧和东侧海域相比而言数值更大,其原因可能是由于该海域的北侧和西侧受到长江、钱塘江径流及外海潮流共同作用;在大小潮运动过程中,南汇嘴附近泥沙输运的方向为西向,杭州湾附近泥沙输运的方向主要是以偏东向的向外海输运可以途径洋山海域,从而使得该海域的西侧存在一定的悬浮泥沙汇集堆积,使得该海域悬浮泥沙呈现西高东低的空间分布特征。

关键词：洋山海域 FVCOM 水动力泥沙输运

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大风浪影响下海域泥沙输运异变数值模拟

水科学进展 2010年第5期21卷 701-707页

作者：刘桂卫黄海军丘仲锋中国科学院海洋研究所山东青岛266071 中国科学院研究生院北京100039

基于实测的水深、潮流、悬浮体、底质数据及历史气象资料等,采用导入SWAN波浪参数的ECOMSED三维模型,模拟大风浪对小清河口附近海域悬浮体浓度和底床冲淤变化的影响程度。并利用全潮水文观测资料对水动力和输沙率模拟结果进行检验,对比... 详细信息

基于实测的水深、潮流、悬浮体、底质数据及历史气象资料等,采用导入SWAN波浪参数的ECOMSED三维模型,模拟大风浪对小清河口附近海域悬浮体浓度和底床冲淤变化的影响程度。并利用全潮水文观测资料对水动力和输沙率模拟结果进行检验,对比分析表明计算值与实测值吻合良好。模拟结果表明,大风浪影响下近岸海域泥沙输运变化较大,悬浮体浓度可达一般天气的10倍左右,而底床冲淤变化可达平时的百余倍。大风浪期间剧烈的底床冲淤变化对河口拦门沙演化影响较大。

关键词：大风浪近岸海域泥沙输运数值方法

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潮流与泥沙输运对黄骅港工程的响应分析

同济大学学报（自然科学版） 2014年第10期42卷 1516-1522页

作者：匡翠萍钱从锐姚凯华顾杰同济大学土木工程学院上海200092 浙江省水利河口研究院浙江杭州310020 上海海洋大学海洋科学学院上海201306

黄骅港的泥沙淤积问题一直是影响通航能力和投资建设的关键因素.黄骅港通过2011年整治工程大大改善了航道的通航能力,并减缓了泥沙的淤积,为港池提供了平稳的水域.基于验证的MIKE 21软件中的潮流和泥沙数学模型,计算分析了2011年工况下... 详细信息

黄骅港的泥沙淤积问题一直是影响通航能力和投资建设的关键因素.黄骅港通过2011年整治工程大大改善了航道的通航能力,并减缓了泥沙的淤积,为港池提供了平稳的水域.基于验证的MIKE 21软件中的潮流和泥沙数学模型,计算分析了2011年工况下港区的潮流场以及泥沙浓度场对工程的响应,并对比分析了有无波浪作用下泥沙浓度场的变化,得出以下结论:防波堤外延把黄骅港分为了两个相对独立的区域,明显的阻流作用迫使潮流携带泥沙沿堤向外海侧搬运;无波浪作用时,港区含沙量在平均值0.02kg·m-3附近变化,有波浪作用时,含沙量大幅上升,近岸区形成高含沙水体;防波堤阻碍高含沙水流跨过航道,提高了航道的使用寿命.

关键词：黄骅港潮流泥沙输运航道 MIKE 21