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岛礁地形上斜坡堤前破碎波流场数值模拟研究

海洋工程 2024年第1期42卷 96-105页

作者：黄晶鑫杨氾潘军宁王登婷刘清君南京水利科学研究院河流海岸研究所江苏南京210024

基于SPH方法建立波浪数值水槽,对岛礁地形上的波浪传播变形进行了数值模拟,分析了岛礁地形上波浪破碎过程的波高和水质点波动流速分布,并采用波浪水槽物理模型试验数据进行对比验证。结果表明,该模型可以较准确地模拟岛礁地形上波浪破... 详细信息

基于SPH方法建立波浪数值水槽,对岛礁地形上的波浪传播变形进行了数值模拟,分析了岛礁地形上波浪破碎过程的波高和水质点波动流速分布,并采用波浪水槽物理模型试验数据进行对比验证。结果表明,该模型可以较准确地模拟岛礁地形上波浪破碎引起的波高和波动流场沿程变化。在此基础上模拟了礁坪上建设斜坡堤后的波动流场,分析了斜坡堤对礁坪上流场形态、沿程波高、波动流速垂向分布及近底流速的影响。结果表明:在建设斜坡堤后,礁坪上波浪破碎更加猛烈,波浪破碎点前移;沿程波高与波动流速受反射波影响明显,沿程波高变化呈现为先增大、再减小、再增大,最后在防波堤堤脚处减小,近底流速变化趋势则与之相反;在堤前半倍波长范围内反向近底流速峰值较非岛礁地形上规范公式计算值增幅较大。

关键词：岛礁地形光滑粒子流体动力学法数值模拟斜坡堤破碎波

恒温模式驱动下的二维微机电系统热膜式壁面切应力传感器水下标定试验研究

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海洋工程 2024年

作者：刘祺夏明嫣庞鹏徐华成泽霖 .南京水利科学研究院河流海岸研究所西北工业大学机电学院

床面切应力的测量研究是泥沙运动理论进一步发展的关键所在。围绕新型恒温模式下热膜式壁面切应力传感器标定问题，对已有水下壁面切应力传感器标定装置进行了改进，提高了该装置的便利性与实用性，并且通过该装置进行了恒温模式驱动下... 详细信息

床面切应力的测量研究是泥沙运动理论进一步发展的关键所在。围绕新型恒温模式下热膜式壁面切应力传感器标定问题，对已有水下壁面切应力传感器标定装置进行了改进，提高了该装置的便利性与实用性，并且通过该装置进行了恒温模式驱动下的二维微机电系统（micro-electro-mechanical system，简称MEMS）热膜式壁面切应力传感器在不同水温下的水下大小与方向标定试验，研究表明：改进后的标定装置可成功实现不同水温下的壁面切应力传感器静态标定，恒温模式可驱动该传感器完成水下切应力测试；通过标定试验，构建了传感器不同温度下统一标定公式；经标定试验验证后的传感器的灵敏度与准确性可以满足一般河口海岸工程对床面切应力的测量要求；该二维壁面切应力传感器能实现对壁面切应力角度的有效测量。标定后的传感器可应用于破碎波、波流等复杂海洋水动力条件下床面切应力的量测。

关键词：床面切应力切应力传感器泥沙运动恒温模式

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汉江中下游藻华暴发特征及生态流量阈值

中国环境科学 2024年第1期44卷 363-370页

作者：何术锋胡威杨早立冯韬严晗璐林育青陈求稳南京水利科学研究院生态环境研究所江苏南京210029 上海勘测设计研究院有限公司上海200434

基于2015~2019年汉江中下游水文,水环境和水生态数据,采用主成分分析与冗余分析识别了河流藻华暴发防控的关键因子,拟合得到其调控阈值,然后,使用断面通量法和流速抑制法推求了抑制河流藻类水华暴发的生态流量.结果表明:汉江中下游藻类... 详细信息

基于2015~2019年汉江中下游水文,水环境和水生态数据,采用主成分分析与冗余分析识别了河流藻华暴发防控的关键因子,拟合得到其调控阈值,然后,使用断面通量法和流速抑制法推求了抑制河流藻类水华暴发的生态流量.结果表明:汉江中下游藻类水华主要发生在枯水期,枯水期藻类优势种群为硅藻,小环藻为优势种,丰水期绿藻门和硅藻门是优势种群,小球藻为优势种.流速是影响汉江藻类生长的主控因子,当流速超过0.462m/s时,流速继续增大将抑制藻类生长.汉江中下游枯水期控制藻类水华的生态流量:沙洋断面流量为890m^(3)/s,潜江断面流量为918m^(3)/s,仙桃断面流量为953m^(3)/s,汉川断面流量为1075m^(3)/s.

关键词：汉江藻类水华流速生态流量

磨刀门咸潮上溯对河口拦门沙地形变化的响应研究

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水资源保护 2024年第05期40卷 104-111页

作者：林中源胡晓张邹华志张光陈睿智唐琦水利部珠江河口治理与保护重点实验室珠江水利科学研究院河流海岸研究所中山大学海洋科学学院

采用磨刀门河口拦门沙地形变化前后的2005年和2020年实测地形资料，基于FVCOM三维数值模型，对比分析了咸潮上溯对河口拦门沙地形变化的响应，并探讨了拦门沙萎缩对盐分输运的影响机制。结果表明：拦门沙萎缩导致磨刀门水道各取水口表... 详细信息

采用磨刀门河口拦门沙地形变化前后的2005年和2020年实测地形资料，基于FVCOM三维数值模型，对比分析了咸潮上溯对河口拦门沙地形变化的响应，并探讨了拦门沙萎缩对盐分输运的影响机制。结果表明：拦门沙萎缩导致磨刀门水道各取水口表、底层盐度差增大，水体层化程度增强，下游至上游层化增强程度逐渐减小，广昌泵站势能异常最大值增大25.2 J/m3,马角水闸、平岗泵站、竹洲头泵站分别增大8.3、2.9、0.2 J/m3;拦门沙萎缩后未改变磨刀门水道咸潮上溯规律，半月潮周期盐度峰值依然出现在小潮后的中潮期；拦门沙对咸潮上溯有较大阻碍作用，底层15 psu等盐度线最大上溯距离向陆推进5.1 km,对于取水更为重要的表层0.5 psu等盐度线最大上溯距离向陆推进2.9 km;稳定剪切盐通量显著增大是拦门沙萎缩后咸潮上溯加剧的主要原因，并叠加潮汐震荡盐通量增大的影响。

关键词：咸潮上溯河口拦门沙 FVCOM三维数值模型盐通量磨刀门

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基于等值面体的三维涡旋数量与形状特征研究

力学学报 2024年第1期56卷 70-78页

作者：陈槐张磊王乃茹朱立俊南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210029 中国水利水电科学研究院水利部泥沙科学与北方河流治理重点实验室北京100038

涡旋是湍流的基本结构,被誉为流体运动的肌腱,涡旋研究对自然探索和工程应用有重要的意义.基于直接数值模拟的槽道湍流数据与旋转强度涡旋识别方法,以涡旋三维结构等值面体(以三角网格为单位)为研究对象,通过设置三角形切面,利用两三角... 详细信息

涡旋是湍流的基本结构,被誉为流体运动的肌腱,涡旋研究对自然探索和工程应用有重要的意义.基于直接数值模拟的槽道湍流数据与旋转强度涡旋识别方法,以涡旋三维结构等值面体(以三角网格为单位)为研究对象,通过设置三角形切面,利用两三角形相交快速检测算法提取涡旋多边形,研究不同等值面体阈值及壁面距离条件下,涡旋数量与形状特征(圆度、半径、凸状及纵横比因子)的变化规律.以对数区内涡旋为例:随着阈值的增加,涡旋密度呈对数律快速递减,圆度和半径因子概率密度函数(PDF)变高耸,圆度均值快速递增后保持不变而半径均值不断递减,纵横比因子PDF未显著改变且均值基本不变,凸状因子PDF向脉冲函数靠近,说明阈值增大导致涡旋逐渐变少、变圆、变小并更饱满.在同一阈值下,随着壁面距离的增加,涡旋密度在外区(除靠近水面区域外)也呈对数律递减,圆度、纵横比及凸状因子先快速增加随后不变或缓慢增长,半径因子快速递减后保持不变,说明涡旋在远离壁面的过程中在不断破灭但形态却较为稳定.

关键词：等值面体涡旋数量形状因子阈值壁面距离

滑坡堰塞坝漫顶溃决对外部动力条件的响应机制

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水科学进展 2024年第04期 657-668页

作者：成泽霖夏云峰徐华吴道文李阳帆南京水利科学研究院河海大学港口海岸与近海工程学院广东省水利水电科学研究院

堰塞湖库容、入库流量等外部动力条件对堰塞坝漫顶溃决过程具有重要影响。本文通过水槽试验，系统研究了不同库容和入库流量条件下漫顶溃决各阶段冲蚀特性变化，以揭示溃决历时和溃口峰值流量对外部动力条件的响应机制。研究结果表明：... 详细信息

堰塞湖库容、入库流量等外部动力条件对堰塞坝漫顶溃决过程具有重要影响。本文通过水槽试验，系统研究了不同库容和入库流量条件下漫顶溃决各阶段冲蚀特性变化，以揭示溃决历时和溃口峰值流量对外部动力条件的响应机制。研究结果表明：库容和入库流量通过控制溃决初始阶段堰塞湖水位变化速率，影响溯源冲刷效率，对初始阶段溃决历时产生显著影响；库容和入库流量通过控制溃口侧向侵蚀速率、影响加速冲蚀阶段溃口侧向展宽效率，对溃决峰值流量产生影响；加速冲蚀阶段溃口垂向侵蚀和侧向侵蚀对外部动力条件变化响应不一致，垂向侵蚀过程受到显著抑制。研究成果有助于深入认识堰塞坝漫顶溃决机制，并为相关防洪减灾工作提供参考。

关键词：冲蚀特性堰塞坝入库流量库容水槽试验

基于模糊隶属度分布函数的博斯腾湖景观适宜水位确定

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水资源保护 2024年第3期40卷 116-124页

作者：刘洋李江陈诚林育青莫康乐胡明涛李沁园陈求稳南京水利科学研究院生态环境研究所江苏南京210029 新疆塔里木河流域管理局新疆库尔勒841000 河海大学长江保护与绿色发展研究院江苏南京210098

采用层次分析法识别博斯腾湖景观关键点,基于湖泊特征水位分析,构建了景观关键点水位和景观适宜度的模糊隶属度分布函数,计算了不同季节博斯腾湖景观适宜水位范围。结果表明:湖泊水质、年旅游业收益是识别博斯腾湖景观关键点的主要因素... 详细信息

采用层次分析法识别博斯腾湖景观关键点,基于湖泊特征水位分析,构建了景观关键点水位和景观适宜度的模糊隶属度分布函数,计算了不同季节博斯腾湖景观适宜水位范围。结果表明:湖泊水质、年旅游业收益是识别博斯腾湖景观关键点的主要因素;博斯腾湖最佳景观水位为1046.70 m,低警戒水位为1045.00 m,高警戒水位为1047.90 m,低、高破坏边缘水位分别为1045.40 m和1047.40 m;不同季节博斯腾湖景观适宜水位存在差异,春季和秋季景观适宜水位范围为1045.90~1047.16 m,夏季为1046.00~1047.00 m,冬季为1045.85~1047.25 m。

关键词：景观适宜水位景观关键点模糊隶属度分布函数层次分析法博斯腾湖

滑坡堰塞坝漫顶溃决对外部动力条件的响应机制

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水科学进展 2024年

作者：成泽霖夏云峰徐华吴道文李阳帆南京水利科学研究院河海大学港口海岸与近海工程学院广东省水利水电科学研究院

堰塞湖库容、入库流量等外部动力条件对堰塞坝漫顶溃决过程具有重要影响。本文通过水槽试验，系统研究了不同库容和入库流量条件下漫顶溃决各阶段冲蚀特性变化，以揭示溃决历时和溃口峰值流量对外部动力条件的响应机制。研究结果表明：库容和入库流量通过控制溃决初始阶段堰塞湖水位变化速率，影响溯源冲刷效率，对初始阶段溃决历时产生显著影响；库容和入库流量通过控制溃口侧向侵蚀速率，影响加速冲蚀阶段溃口侧向展宽效率，对溃决峰值流量产生影响；加速冲蚀阶段溃口垂向侵蚀和侧向侵蚀对外部动力条件变化响应不一致，垂向侵蚀过程受到显著抑制。研究成果有助于深入认识堰塞坝漫顶溃决机制，并为相关防洪减灾工作提供参考。

关键词：冲蚀特性堰塞坝入库流量库容水槽试验

基于数值模拟的澄通感潮河段水源地预警站设置研究

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河海大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 61-69页

作者：徐振山王苏东丁宏伟杨柳俊陈永平河海大学港口海岸与近海工程学院江苏南京210098 南京水利科学研究院河流海岸研究所江苏南京210029 江苏省水文水资源勘测局南通分局江苏南通226006

针对突发性水污染事件可能严重影响水源地取水,而现有研究针对感潮河段水源地预警站的确定方法尚无系统论述的问题,基于长江澄通感潮河段水动力-水质耦合数学模型,在厘清径潮共同作用下该河段污染物扩散输运规律的基础上,初步确定了长... 详细信息

针对突发性水污染事件可能严重影响水源地取水,而现有研究针对感潮河段水源地预警站的确定方法尚无系统论述的问题,基于长江澄通感潮河段水动力-水质耦合数学模型,在厘清径潮共同作用下该河段污染物扩散输运规律的基础上,初步确定了长青沙和狼山水源地的预警站位置和数量;结合影响水源地的潜在污染源分布特征和污染物累积特征对预警站进行了空间校核,利用预警响应时效性对预警站进行了时间校核,最终确定了两水源地上下游共4个预警站的位置;基于预警站位置水质与水源地位置水质的相关性确定了长青沙和狼山水源地的应急响应方案,并给出了苯酚泄漏的风险响应限值。

关键词：突发性水污染感潮河段数值模拟预警站澄通感潮河段