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《海洋工程》2020年第4期中文摘要
日期:2020年08月05日 11:35:35点击数:字号:【

长江口水沙变化与趋势预测

窦希萍1,2,缴  健1,2,储  鏖3,童朝锋3

(1. 金沙js娱乐场官方网站,江苏 南京  210024;2. 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室,江苏 南京  210024;3.河海大学,江苏 南京  210098)

摘  要:随着长江流域水土保持、上游水库拦蓄调节、沿江用水增加及气候变化,进入长江口的水沙通量发生改变,入海泥沙量锐减。此外,长江口相继实施了深水航道治理、青草沙水源地、浅滩圈围等大型工程。因此,需要针对长江口水沙变化开展相关研究。对长江口陆相和海相水沙变化规律及趋势、河床容积与泥沙收支变化以及整治工程下分汊河口演变预测等进行了概述,预测了今后10~50年大通站流量、含沙量、输沙量变化以及南北槽的演变趋势,为进一步研究变化条件下的长江口重大工程安全提供基础条件。

关键词:长江口;水沙变化;重大工程安全;河床容积;整治工程;拦门沙

长江口综合治理历程及思考

韩玉芳1,2,窦希萍1,2

(1. 金沙js娱乐场官方网站,江苏 南京  210024;2. 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室,江苏 南京  210024)

摘  要:长江口地区在我国经济社会中占有重要地位,长江口综合治理与地区经济发展密切相关。首先回顾从20世纪50年代以来长江河口以航运、防洪、供水等为主线的综合治理历程和相关工作,包括《长江口综合整治开发规划》制定及实施,江堤、海堤建设及岸线开发利用情况,较为详细地介绍长江口深水航道治理过程,总结长江口综合治理过程中实施的重要工程及发挥的主要作用。从流域减沙、防洪减灾、供水安全以及河口生态保护等方面分析了长江口目前面临的主要问题,提出长江口治理需统筹规划、实行一体化管理以及加强治理与保护研究等建议。

关键词:长江口;综合治理;深水航道;水源地;防洪工程

长江口12.5米深水航道南坝田挡沙堤加高工程总平面方案研究

应  铭,季  岚,曹慧江,王大伟

(中交上海航道勘察设计研究院有限公司,上海  200120)

摘  要:长江口12.5米深水航道2010年贯通后,发挥了巨大社会经济效益,同时航道回淤量大、维护压力大、维护费用高的问题突出。本研究基于北槽四边界水沙通量观测成果,分析提出了北槽航道回淤泥沙来源;针对回淤原因,在已建减淤工程经验总结的基础上,提出了本次减淤的研究思路,优化了减淤工程方案的比选指标体系;采用三维潮流泥沙数模、清水动床物模、经济技术综合分析等手段,通过“加高范围”、“加高高程”及“加高位置”比选,研究推荐了减淤工程方案。利用实测回淤量分析了工程减淤效果。研究结果表明,南导堤越沙是洪季北槽的重要泥沙来源,对北槽高浓度含沙量场有一定贡献。提出了可通过加高北槽南侧的导堤,实现减少通过南导堤越堤进入北槽的泥沙量,从而减小北槽含沙量水平,同时改善北槽下段流态,降低水沙横向输移,进而降低航道回淤的减淤思路。研究推荐的长江口12.5米深水航道减淤工程为南坝田挡沙堤加高工程及先期工程方案。先期工程位于S4~S9丁坝坝田,在现有南坝田挡沙堤的基础上加高S4~S8区段,并延长至S9丁坝,工程全长约23.8 km,高程+3.5 m。工程于2015年11月开工建设,2016年7月主体工程完工,工程减淤效果显著,2016~2018年年均减淤量约954×545 m3/a,近三年已节省航道维护疏浚费用约5亿元。

关键词:长江口12.5米深水航道;南坝田挡沙堤加高工程;减淤工程;总平面布置

潮汐河口坝田长宽比对泥沙淤积特征影响的试验研究

张功瑾,罗小峰,路川藤,白一冰

(金沙js娱乐场官方网站 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京  210029)

摘  要:在航道治理工程中,往往通过丁坝群来实现其稳定航槽等目的,而坝田作为缓流区,其与主槽的水沙交换主要取决于横向的紊动交换。基于长江口北槽丁坝群实测资料分析和物理模型水槽试验研究发现不同长宽比坝田内的流态、淤积形态、坝田与相邻河段水沙交换的机理均不同,在长江口北槽丁坝群坝田建成后的淤积初期阶段,长宽比为0.30~0.40的坝田内的平均淤积强度最大。水槽试验研究表明,长宽比为0.50的坝田内淤积的主要部位即为主环流所在位置(坝田外侧),而在副环流位置,则出现微淤或冲刷的趋势;而长宽比为0.33的坝田内的淤积分布相对比较均匀。长宽比为0.33的坝田内淤积速率明显大于长宽比为0.50的坝田,长宽比为0.33的坝田达到冲淤平衡的时间较长。坝田淤积强度与随坝田回流强度、坝田与主槽水沙交换系数的增加而增加。

关键词:潮汐河口;丁坝群;坝田长宽比淤积强度;回流强度

长江口深水航道三维泥沙数值模型相关问题探讨

顾峰峰1,郭  贺2

(1.上海河口海岸科学研究中心 交通部河口海岸重点实验室,上海  201201;2.上海海事大学 海洋科学与工程学院,上海  201306)

摘  要:基于近年来长江口三维水沙盐数值模型及水沙运动机理的研究进展,系统的梳理了在长江口实际应用中面临的若干理论和技术难题,其中包括了长江口物质输运模拟计算格式的守恒性和稳定性、河口区域河床切应力的准确计算、拦门沙区域近底高浓度泥沙形成机理及数值模型模拟、长江口近底高浓度泥沙横向入槽模式等问题,通过对于上述问题的梳理和总结,表明了在长江口这类巨型河口进行三维水沙盐数值模型和水沙机理研究的复杂性,并针对此类区域的模型技术研发和水沙运动理论研究,提出了有科学意义和研究价值的方向和思路。

关键词:长江口;三维水沙盐数值模型;水沙运动机理;高浓度泥沙

长江口南沙头通道限流潜堤局部冲刷原因及对策分析

苏  涛1,石  进2,陈  琳1

(1.中交上海航道勘察设计研究院有限公司,上海  200120;2.交通运输部长江口航道管理局,上海  210017)

摘  要:长江口南北港分汊口河段新浏河沙护滩潜堤及南沙头通道潜堤工程是典型的航道整治工程,经调查发现限流潜堤冲刷坑在两侧余排外对称分布,12 m以深等深线呈不连续坑状,南侧个别区段冲刷坑已侵入排内。研究其限流潜堤段的局部冲刷情况及冲刷原因,可为类似工程建设积累经验。研究基于工程地形监测和地质资料分析,通过现场水深测量、旁扫声纳扫测、潜水探摸,水文观测和三维潮流数学模型计算等手段,对限流潜堤排外局部冲刷情况和发生原因进行研究。研究结果表明潜堤排外冲刷是越顶水流长期作用所致,冲刷发展变化具有代表性,冲刷最大深度与地质条件有一定相关性。潜堤南侧护底余排边缘局部余排受外力损毁,引起排内冲刷,如进一步发展会影响堤身及结构安全,需对护底损坏部位进行修复以保证整治建筑物护底功能正常发挥。

关键词:长江口;南北港;航道整治;整治建筑物;潜堤;冲刷深度;局部冲刷修复

斜坡平台波浪破碎数值模拟

王红川,刘华帅,杨  氾

(金沙js娱乐场官方网站 水文水资源与水利工程国家重点实验室,江苏 南京  210029)

摘  要:波浪在斜坡地形上破碎、破波后稳定波高多采用物理模型试验方法进行研究,利用近岸波浪传播变形的抛物型缓坡方程和波能流平衡方程,导出了适用于斜坡上波浪破碎的数值模拟方法。首先根据波能流平衡方程和缓坡方程基本型式分析波浪在破波带内的波能变化和衰减率,推导了波浪传播模型中波能衰减因子和破波能量流衰减因子之间的关系;其次,利用陡坡地形上的高阶抛物型缓坡方程建立了波浪传播和波浪破碎数学模型;最后,根据物理模型试验实测数据对数值模拟的效果进行验证。数值计算与试验资料比较表明,该模型可以较好地模拟斜坡地形的波浪传播波高变化。

关键词:斜坡;波浪破碎;波能;数值模拟;缓坡方程

潮致泥沙全沙净输运解析模式

储  鏖1,2,徐  怡1,陈永平1,郁夏琰1,王  彪3

(1. 河海大学 港口海岸与近海工程学院,江苏 南京  210098;2. 江苏省海岸海洋资源开发与环境安全重点实验室(河海大学),江苏 南京  210098;3.上海市环境科学研究院,上海  200233)

摘  要:泥沙运动作为水流和底床相互作用的纽带,是河流、河口及海岸工程研究的重要内容。在潮波作用明显的河口、海岸地区,周期性的动力作用下的泥沙运动具有往复和可逆的特征,因此,研究这类水域的泥沙的净输运更具有实际的意义。本研究基于泥沙输运和流速呈指数关系假设,建立了潮流环境下的泥沙全沙净输运的解析解公式,并对该公式的计算结果和数值计算以及数学模型的结果进行了检验和验证,结果表明本研究提出的公式能较好的反应潮流环境下的泥沙净输运。由此,基于本文的公式,采用潮流分潮调和常数可计算得到全沙净输运,并可以分析各分潮流及其相互作用与泥沙净输运的关系。研究结果显示,在受径流影响较大的半日潮河口,S2、MS4、M2三潮相互作用对全沙净输运的贡献显著高于通常的潮流不对称作用,即M2,M4的相互作用。此外,河口区域径流导致的余流对泥沙净输运的贡献不可忽略,特别是在洪季,大径流量条件下往往导致余流较大,其对泥沙净输运的贡献所占比例较大。

关键词:泥沙净输运;全沙输沙公式;潮流分潮;余流;长江口

波浪作用下细颗粒泥沙起动试验研究

孔令双1,徐  斌1,陆  佳2,贾  晓1

(1.上海河口海岸科学研究中心,上海  201201;2.上海河口海岸工程勘测设计有限公司,上海  201201)

摘  要:长江口北槽中下段滩面泥沙以粉砂和极细砂为主,在风浪条件下极易起动,形成近底高浓度含沙层,成为航道淤积的重要泥沙来源。采用长江口北槽中下段滩面现场泥沙,进行了波浪作用下泥沙的起动试验研究。试验结果表明:相同水深条件下,波浪周期越长,泥沙的起动波高越小;相同波浪周期条件下,水深越大,泥沙起动波高越大;对于自然密实1天的泥沙,波浪作用下的起动临界剪切力平均约为0.325 N/m2。本次试验结果和已有的波浪起动公式计算结果以及已有的试验结果进行了比较分析,结果均比较一致。

关键词:长江口;细颗粒泥沙;波浪水槽试验;泥沙起动

径流量变化对长江口水动力特性的影响

范明源1,李俊花1,万远扬2,郭  贺1

(1.上海海事大学 海洋科学与工程学院,上海  201306;2. 上海河口海岸科学研究中心 河口海岸交通行业重点实验室,上海  201201)

摘  要:为了研究径流量变化对长江口水动力特性的影响,利用MIKE21建立长江口水动力数学模型,分别模拟计算长江口不同径流量影响的潮流场,统计分析不同径流量时各汊道涨落潮量和净泄量以及分配比例;统计分析不同径流量对各汊道潮位变化的影响;统计分析不同径流量对北槽中下段水动力特性的影响。得到如下结论:1)径流量的变化对于涨潮分流的影响显著,随着径流量的增加,更多的潮流从北支、北港、南槽进入长江口内。当上游的径流动力增强,外海潮流受上游径流的阻挡,难以继续上溯。2)越是靠近上游,径流量的变化对平均潮位的影响程度越高, 入海口处受径流的影响微弱;上游径流量越大,潮波向内陆传播越受阻,能量消耗越大,致使其动力减弱。3)径流量的变化对平均流速的影响与上述潮位变化类似,上游径流量越大,各汊道流速越大;越靠近海洋,径流影响越小。4)长江口北槽中下段转流时刻会出现平面对流现象。横向方向上普遍存在越堤水流,且南北导堤均为北向越堤流占优势。

关键词:长江口;水动力特性;数值模拟

长江口水下三角洲演变规律及河势控制初探

樊咏阳1,陈正兵1,张志林2,胡春燕1

(1.长江勘测规划设计研究有限责任公司,湖北 武汉  430014;2. 长江水利委员会水文局长江口水文水资源勘测局,上海  200136)

摘  要:长江河口区水下三角洲的稳定关系着河口区域滩涂湿地的保护、经济社会的发展,研究长江河口区水下三角洲的变化规律,制定相应的控制对策有着重要的意义。基于长江河口区水下三角洲近40年的4个测次的地形资料,采用平面形态与断面形态分析相结合的方法,探讨了长江河口区水下三角洲的变化规律和相应的控制对策。总体来看,受入海沙量减少的影响,长江河口区水下三角洲前缘10~20 m等深线之间的区域冲刷明显。崇明东滩沙体总体变化不大,横沙东滩、南汇边滩在圈围工程影响下,面积有所淤长。横沙浅滩、九段沙窜沟发育,切割洲滩,沙体稳定性受到威胁,建议对横沙浅滩、九段沙实施守护,以控制长江河口区河势稳定。

关键词:长江口;水下三角洲;河势变化;控制对策

2019年长江口南北槽水域表层沉积物特征分析

刘启雄1,陈家祺1,刘海江1,张东来2

(1. 浙江大学 建筑工程学院,浙江 杭州  310058;2. 中交上海航道勘察设计院有限公司,上海  200120)

摘  要:为探究长江口区域最新的泥沙运动特征,于2019年枯季(1月,21个样本)和洪季(8月,58个样本)在长江口南北槽及周边区域现场取样河床表层泥沙样本,测量了样本的中值粒径和级配分布。采用Folk-Ward公式计算了泥沙样本的粒度参数(分选系数、偏度和峰度),并分析了沙样本内磁性物质含量。基于上述泥沙物理参数,进一步对比分析洪枯季研究区域河床表层泥沙的时空分布变化特征。分析结果表明北槽内洪枯季泥沙样本中值粒径空间分布特征一致,南槽中段洪季泥沙样本中值粒径远小于枯季泥沙样本中值粒径,南槽其他区域洪枯季泥沙样本中值粒径空间分布特征一致。同一中值粒径下,不同沙样本(中值粒径大于63 μm)各粒度参数之间差异显著,而泥样本(中值粒径小于63 μm)粒度参数间差异相对较小。此外,磁性物质含量测量结果表明枯季沙样本磁性物质组成的空间分布存在一定的差异,而洪季沙样本磁性物质的空间分布相对均一。

关键词:长江口南北槽;深水航道;洪枯季;泥沙样本;中值粒径空间分布特征;粒度参数;磁性物质含量

涡流室式掺气扰动疏浚耙具效果试验研究

韩  露1,郭文华1,高祥宇2,刘高峰1

(1. 上海河口海岸科学研究中心,上海  201201;2. 金沙js娱乐场官方网站,江苏 南京  210029)

摘  要:长江口深水航道以悬沙落淤为主,回淤泥沙较为松散、上覆有流动性较强的高密度浮泥层,航槽需进行常年维护。为提高疏浚效率、降低疏浚成本,基于耙头动力改进的思路,提出适用于长江口沉积物特性的掺气扰动耙具,并通过室内试验,探讨耙具推荐型式,推荐空压机流量及压力指标,估算掺气耙具扰动效果。结果表明,2 mm气嘴耙具掺气扰动后水体含沙量增幅高于其他孔径;相同孔径、相同气流量下,气嘴间距越大、扰动效果越明显,因此推荐耙具气嘴孔径2 mm、20 cm间距交错布置型式。对于推荐耙型,当气体压力低于4.8×105 Pa、气流量小于1.1 m3/min时,扰动后水体含沙量基本呈线性增长;当气体压力超过4.8×105 Pa,扰动后水体含沙量无明显变化。以室内试验推荐压力4.5×105 Pa为基础,估算施工作业水深15 m,结合实际作业水深及气力损耗,现场空压机选型参考值为气流量61.7 m3/min、工作压力为0.7 MPa。据此推算设计航速1.286 m/s时,中上层(0-4 m)水体掺气扰动疏浚耙具悬扬原状土方量约800 m3/h。

关键词:长江口;深水航道;涡流室式;掺气扰动耙具;含沙量

河口型水源地供水安全风险分类评估方法比选研究

陈缘1,2,孔令婷2,刘曙光1,徐贵泉2

(1.同济大学 水利工程系,上海  200092;2.上海市水务规划设计研究院,上海  200233)

摘  要:为科学评估河口型水源地供水安全风险,基于水源地特点,在建立相应供水安全风险评估指标体系的基础上,采用层次分析法确定指标权重,结合选取灰色关联度法和BP神经网络法对某河口型水源地分别开展供水安全风险分类评估。以某次咸潮入侵事件数据为例,经采用两种方法评估后对比表明:灰色关联度法能较好地解决评价指标难以准确量化和统计的问题,具有定性与定量相结合评价精度较高的优点,更适合于河口型水源地供水安全风险分类评估。该水源地风险分类评价等级由高到低依次排序:水量风险(较高)→应急风险(较低)→工程风险(较低)→水质风险(低),其结果与实际相符。

关键词:水源地;供水安全;风险评估;灰色关联度;神经网络

苏北大丰港海域航道临时抛泥区悬沙扩散影响研究

罗小峰1,路川藤1,张功瑾1,丁  伟2

(1.金沙js娱乐场官方网站 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京  210029;2.河海大学,江苏 南京  210098)

摘  要:以大丰港航道临时抛泥区抛泥活动为研究对象,建立苏北辐射沙洲大丰港海域二维潮流泥沙数学模型,研究了航道临时抛泥区抛泥后的泥沙运移特征及对周边航道、锚地的影响。研究表明,在地形和边界的约束作用下,抛泥区的水质点运动具有明显的往复流特征,大潮涨落潮水质点轨迹存在一定流路分歧;抛泥区抛泥后,高浓度含沙水体呈南北条状形态,轴线与航道基本平行;涨急和涨憩时刻抛泥,悬浮泥沙对航道具有一定的影响,而落急和落憩抛泥,悬浮泥沙对锚地影响相对较大。

关键词:大丰港;数学模型;悬沙扩散;抛泥区;航道;CJK3D-WEM

海上风机吸力基础的水平受荷研究综述

李大勇1,2,陈庆剑1,张雨坤2,陈福全1

(1. 福州大学 土木工程学院,福建 福州  350108; 2. 山东科技大学 山东省土木工程防灾减灾重点试验室 青岛  266590)

摘  要:吸力基础具有施工速度快、安装过程中受海况天气影响小且易于回收重复利用等优点,被广泛应用于海洋工程。当吸力基础作为海上风电塔架的基础时,常常承受较大的水平荷载,因此其水平承载力是设计的主控因素。介绍了海上风机基础的设计要求,分析了影响基础水平承载性状的因素,总结了吸力基础受水平单调荷载、水平循环荷载和不同荷载组合三个方面的研究现状。讨论了水平荷载的大小、水平加载的高度(偏心率)、循环荷载的频率、循环荷载的次数、循环荷载的幅值、循环荷载的方向性、竖向荷载对吸力基础水平承载性状的影响,考虑了水平荷载的非共线性,指出了目前研究的不足,明确了吸力基础水平承载性状进一步研究的方向,提出了供工程实践参考的建议。

关键词:海洋工程;吸力基础;水平受荷;承载能力;破坏机理

内波的生成、传播、遥感观测及其与海洋结构物相互作用研究进展

韩  鹏1,钱洪宝2,李宇航1,揭晓蒙1

(1.中国21世纪议程管理中心,北京  100038;2.中国电子科学研究院,北京  100041)

摘  要:内波是层结海洋中普遍存在的一种海洋动力学现象,包含内潮、内孤立波、近惯性内波等多种形式,由于其携带能量巨大,分布范围广,发生频率高,对海洋结构物造成严重威胁。对国内外关于内波生成、传播演化、海遥感观测及其与海洋结构物相互作用方面的研究进展进行综述。总结了关于内波的生成机制、浅水和深水区域内波传播演化特征、实际海洋内波特征的遥感观测以及内波与海洋平台及水下潜器相互作用的研究成果,讨论了数值模拟、模型试验、遥感观测等研究手段在海洋内波研究中的应用以及取得的相应研究成果。最后,在探讨海洋内波研究趋势的基础上对未来关于内波生成机制及其海洋学特征观测相关研究需考虑和解决的问题进行了展望。

关键词:内波;孤立水波;分层流体;波浪演化

 

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