厦门双鱼岛游艇码头潮流泥沙数学模型试验研究

重力式码头建设对水沙环境的影响蓝尹余;冯佳佳【摘要】针对重力式码头和工程区域的特点,建立二维潮流泥沙数学模型,采用实测资料对模型进行验证,研究工程建设对东山湾水动力、泥沙环境的影响,为项目选址及方案布置提供依据.结果表明,工程建设前后东山湾大范围潮流场格局基本不变,变化主要位于工程附近;悬浮泥沙增量影响范围集中在工程东侧；工程前沿回淤范围较小,最大淤积强度约为12cm/a.总体来说,工程的选址及方案设计是可行的.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2012(000)011【总页数】6页(P83-88)【关键词】重力式码头;潮流;泥沙;数值模拟【作者】蓝尹余;冯佳佳【作者单位】福建海洋研究所福建省海岛与海岸带管理技术研究重点实验室,福建厦门361013;南京市水利规划设计有限责任公司,江苏南京210022【正文语种】中文【中图分类】U656.1+1拟建项目为建设2个5 000吨级散杂货泊位及相关的仓库、堆场等配套设施，位于东山湾内城垵作业区。

项目西侧及东侧均为已建的重力式码头。

码头平台与后方陆域形成满堂式布置，岸线走向呈东北向，泊位总长度为330 m ，停泊水域与东侧码头泊位共用，港池疏浚至-9.80 m（基面为1 956黄海高程，下同）。

码头面高程3.5 m，前沿设计水深及基床顶面高程均为-9.80 m，基槽开挖时需清除上部的流泥、淤泥、淤泥混砂、粉质黏土、中砂及部分的残积砂质黏性土，以残积砂质黏性土作为基床持力层，基床底高程为-19.0～-21.0 m，基床厚度为9.2～11.2 m，采用10～100 kg块石。

码头下部采用预制钢筋混凝土沉箱结构，顶高程0.70 m，沉箱外形尺寸为10.13 m×7.9 m×10.5 m（长×宽×高），前趾宽1.0 m，单个质量为493 t，箱内上部回填块石，下部回填中粗砂，上部为现浇钢筋混凝土胸墙结构。

沉箱后侧抛填块石棱体、倒滤层等。

泥沙数学模型在围填海工程促淤效果预报中的适用性崔冬;刘新成;俞相成【摘要】Taking the Yangtze Estuary as an example, applicability of the sediment numerical model to prediction of the effect of the reclamation project on accelerating sediment deposition was examined through comparison of the simulated and measured results and reasonableness analysis of predictions. The results show that the plane deposition feature, cross­sectional deposition feature, and deposition amount calculated with the sediment numerical model agree with measurements, indicating that the sediment numerical model is applicable to prediction of the effect of the reclamation project in the Yangtze Estuary on accelerating sediment deposition.%以长江口为例，通过与已建典型围填海工程实际促淤效果的对比分析，以及对长江口近期围填海工程促淤效果预报的合理性分析，研究泥沙数学模型在围填海工程促淤效果预报中的适用性。

分析结果表明，所建泥沙数学模型计算的平面淤积形态、断面淤积形态、促淤区淤积量均与实际情况吻合较好，在近期围填海工程中的促淤效果预报较合理，表明该泥沙数学模型适用于长江口围填海工程促淤效果预报。

文章编号:1005-9865(2006)01-0139-16海岸河口泥沙数学模型研究进展李孟国(天津水运工程科学研究所,天津　300456)摘　要:对海岸河口泥沙运动的基本方程、数值方法、边界条件、参数选取等进行了归纳总结和评述,以期对本学科的发展起到一定的引导和促进作用。

关键词:海岸河口;泥沙;数学模型;挟沙力;悬移质(悬沙);推移质(底沙)中图分类号:TV148 文献标识码:AA review on mathematical models of sediment in coastal and estuarine watersLI Meng -guo(Tianjin Research Institute of Water Transport Engineering ,Tianjin 300456,China )A bstract :This paper makes s ummaries and com ments on various mathematical models (basic equations ,numerical methods ,boundary condi -tions and parameter determination ,etc .)of sediment movement in coastal and estuarine waters ,in the hope of guiding and promoting the stud y of the subject .Key words :coast and estuary ;sediment ;mathematical model ;sediment -carrying capacity ;suspended load ;bed load收稿日期:2004-10-25基金项目:中国博士后科学基金资助项目(2003034327)作者简介:李孟国(1964-),男,天津武清人,研究员,博士,主要从事海岸河口水动力泥沙数值模拟研究。

潮流泥沙数学模型在青岛港挡沙堤工程的应用李大鸣;阳婷;李杨杨;欧阳锡钰【摘要】考虑波浪辐射应力对潮流场和泥沙运动的影响,建立了青岛港前湾三期码头前沿挡沙堤工程二维潮流泥沙数学模型.在采用实测资料验证的基础上,运用模型对本海域在无挡沙堤及不同挡沙堤长的各种方案的流场变化和泥沙回淤情况进行计算研究.结果表明,无挡沙堤时,由于三期工程的建设缩窄了河口至海区的断面面积,断面西侧的浅水区水流速度增大,容易掀起泥沙输移至断面东侧开挖后的深水区,使泥沙在码头前港池中落淤,码头前沿最大淤积强度约为0.818 m/day;而建设挡沙堤后将显著减小码头前沿的泥沙淤积.经过比较,从挡沙堤附近流场与港池航道回淤情况的角度考虑,认为方案二对码头前沿拦沙的效果较好.【期刊名称】《海洋通报》【年(卷),期】2016(035)001【总页数】9页(P103-111)【关键词】波浪辐射应力;潮流;泥沙;数学模型;挡沙堤;青岛港【作者】李大鸣;阳婷;李杨杨;欧阳锡钰【作者单位】天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TV148近岸水动力环境对海岸带及港工建筑物的影响十分重要，而潮流、波浪和泥沙等相互作用又使得海岸带附近的水动力环境非常复杂。

在对其的诸多研究方法中，以数学模型最为方便经济，并成为研究大范围水动力条件变化的主要手段之一（韩亮，2010）。

近岸潮流、波浪和泥沙运动规律的基本方程大多都是由偏微分方程来描述的。

通过数值计算方法求解这些方程，首先要将这些方程进行离散形成代数方程组，然后在计算机上求解（严恺，2002）。

常使用的方法有有限差分法、有限单元法、有限体积法、有限分析法和边界元法等；按差分网格形状的不同可以分为三角形、矩形、四边形、多边形、曲线坐标网格以及不同网格的组合等（张涤明，1991）。

离岸深水港口建设关键技术研究课题之四岛群中建港水动力关键技术问题研究报告简本0前言本项目主要从与港口有关的水文、泥沙和波浪条件出发，以洋山 深水大港为依托，以港口调研资料分析为基础，全面论述岛群海域 泥沙环境、泥沙淤积机理、淤积计算和物理模型的研究成果，总结 岛群港口选址及建筑物布置的基本原则。

并通过对岛群间波浪传播 模拟方法的研究，以及对岛群间波浪的波高频率分布特征、台风浪 双峰谱周期特征、波浪能量的方向分布特征的分析，得到了岛群波 浪与无遮掩海域波浪的特点及模拟方法与关键技术点；在大量模型 实践基础上，结合已有规范给出了考虑波浪的船舶系泊参数计算方 法。

1.项目主要研究内容岛群中建港水动力关键技术问题本项目共分五个专题， 《岛群海域泥沙淤积机理及泥沙淤积预岛群海域泥沙 淤积机理及泥 沙淤积预测 < ____ )洋山深水港区、 波浪潮流泥沙 及台风浪骤淤数学模型研究 研究严 -- 、 岛群海域波浪 " 岛群海域港口 选址与建筑物 布置的基本原 则研究 洋山深水港建 设及规划方案 研究测》、《洋山深水港区波浪潮流泥沙及台风浪骤淤数学模型研究》、《岛群海域波浪特性与船舶系泊条件研究》、《岛群海域港口选址与建筑物布置的基本原则研究》和《洋山深水港建设及规划方案研究》。

专题一：岛群海域泥沙淤积机理及泥沙淤积预测通过洋山港海域泥沙来源、动力条件的调查与室内水流作用下泥沙起动、沉降与输移规律的试验，研究含沙水体的平面与垂向分布的规律及其与水流强度的对应关系；针对港口的泥沙淤积现象，采用现场勘测，理论分析、数模计算与物模试验等多种手段，对港口的淤积问题进行研究，预测不同建港方案的淤积状况，提出新的回淤量计算和预报方法。

专题二：洋山深水港区波浪潮流泥沙及台风浪骤淤数学模型研究通过典型风暴潮的水文历史资料调查与收集，建立岛群海域台风浪、风暴潮、海流及泥沙运动数学模型，进行特殊条件下的风场、波浪场、潮流场及泥沙场的模拟，计算洋山港台风浪、风暴潮、海流及泥沙淤积，利用实测资料对模型进行反馈分析，使模拟系统逐步完善，并将计算结果作可视化处理。

河流泥沙数学模型Sedimentation Dept., IWHR 郭庆超中国水科院泥沙所2007年10月Sedimentation Dept., IWHR 内容1.简介2.控制方程3.模型建立与使用1. 简介随着计算机技术的高速发展和河流泥沙基本理论的进步，水沙数学模型得到了快速发展，被广泛地应用于水利工程、江河治理和河口海岸与泥沙运动有关的领域中，解决了很多生产难题，发挥了巨大效益。

1. 简介¾水沙数学模型：1D, 平面2D，立面2D，准3D，完全3D；¾能够严格总收物理原理；¾能够严格遵守边界和初始条件；¾节省时间、人力和成本；¾方案比选与优化解决实际问题：•河道演变•水库泥沙淤积•水利工程的下游冲刷•取水口稳定性•引航道及港池回淤•河口海岸工程泥沙问题模型的功能1.简介1.模型的功能1. 简介模型应满足以下基本要求：•满足物理的基本原理•被分析方法所检验：分析解(线性)/人工解(非线性)•被实验和实测资料所检验•可以预测主要的物理过程•数值解是稳定的•数值解是收敛的•数值结果是可接受的•数值结果符合实际情况被理论/分析解证实模拟结果与实测资料相符被原型实测资料证实被实验室数据证实好的数学模型应该满足模型使用者的经验对模型质量影响也很大1.2.2. 3D2.2.2. 1D3.数学模型建立流程3.数学模型运行流程3. 1D3.微分方程离散3.微分方程离散3.微分方程离散3.挟沙能力3.挟沙能力3.挟沙能力3.挟沙能力从高低含沙量统一公式可以看出：（1）含沙水流的挟沙能力不仅与水力因子（如U , h ）和泥沙因子（如ω0）有关，而且也受上游来流含沙量的影响；（2）对于低含沙水流（如S < 100kg/m 3），挟沙能力受上游含沙量影响甚微，然而，随着含沙量的进一步增加，挟沙能力受上游来流含沙量的影响渐趋明显，而且来流含沙量越高，水流挟沙能力越大，这正是高含沙水流多来多排的缘故。

㊀㊀文章编号:１００５￣９８６５(２０２０)０４￣００６１￣１２潮致泥沙全沙净输运解析模式储㊀鏖１ꎬ２ꎬ徐㊀怡１ꎬ３ꎬ陈永平１ꎬ郁夏琰１ꎬ王㊀彪４(１.河海大学港口海岸与近海工程学院ꎬ江苏南京㊀２１００９８ꎻ２.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)ꎬ江苏南京㊀２１００９８ꎻ３.中交上海航道勘察设计研究院有限公司ꎬ上海㊀２００１２０ꎻ４.上海市环境科学研究院ꎬ上海㊀２００２３３)摘㊀要:泥沙运动作为水流和底床相互作用的纽带ꎬ是河流㊁河口及海岸工程研究的重要内容ꎮ在潮波作用明显的河口㊁海岸地区ꎬ周期性的动力作用下的泥沙运动具有往复和可逆的特征ꎬ因此研究这类水域的泥沙的净输运更具有实际的意义ꎮ基于泥沙输运和流速呈指数关系假设ꎬ建立潮流环境下的泥沙全沙净输运的解析解公式ꎬ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ꎬ结果表明本研究提出的公式能较好地反应潮流环境下的泥沙净输运ꎮ由此ꎬ基于本公式采用潮流分潮调和常数可计算得到全沙净输运ꎬ并可以分析各分潮流及其相互作用与泥沙净输运的关系ꎮ研究结果显示ꎬ在受径流影响较大的半日潮河口ꎬＳ２㊁ＭＳ４㊁Ｍ２三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ꎬ即Ｍ２㊁Ｍ４的相互作用ꎮ此外ꎬ河口区域径流导致的余流对泥沙净输运的贡献不可忽略ꎬ特别是在洪季ꎬ大径流量条件下往往导致余流较大ꎬ其对泥沙净输运的贡献所占比例较大ꎮ关键词:泥沙净输运ꎻ全沙输沙公式ꎻ潮流分潮ꎻ余流ꎻ长江口中图分类号:ＴＶ１４８㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.１６４８３/ｊ.ｉｓｓｎ.１００５￣９８６５.２０２０.０４.００８收稿日期:２０１９￣１２￣２１基金项目:国家重点研发计划项目(２０１７ＹＦＣ０４０５４００)ꎻ国家自然科学基金项目(４１９７６１５６ꎬ５１６２０１０５００５)ꎻ江苏省海岸海洋资源开发与环境安全重点实验室开放基金资助项目(ＪＳＣＥ２０１５１０)ꎻ上海市科委资助项目(１８ＤＺ１２０６５００)ꎻ河海大学中央高校基本科研业务费项目(２０２００４０１７)作者简介:储㊀鏖(１９７６￣)ꎬ博士ꎬ主要从事河口海岸动力学研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ａｏ＿ｃｈｕ＠ｈｈｕ.ｅｄｕ.ｃｎ通信作者:徐㊀怡(１９９５￣)ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事河口海岸水动力学研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｘｕｙｉｊｕｌｉａ＠１６３.ｃｏｍＡｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｔｉｄａｌ￣ｉｎｄｕｃｅｄｎｅｔｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔＣＨＵＡｏ１ꎬ２ꎬＸＵＹｉ１ꎬ３ꎬＣＨＥＮＹｏｎｇｐｉｎｇ１ꎬＹＵＸｉａｙａｎ１ꎬＷＡＮＧＢｉａｏ４(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＨａｒｂｏｒꎬＣｏａｓｔａｌａｎｄＯｆｆｓｈｏｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００９８ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＪｉａｎｇｓｕＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏａｓｔＯｃｅａｎＲｅｓｏｕｒｃｅｓＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＳｅｃｕｒｉｔｙ(ＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ)ꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００９８ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＳｈａｎｇｈａｉＷａｔｅｒｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎａｎｄＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＳｈａｎｇｈａｉ２００１２０ꎬＣｈｉｎａꎻ４.ＳｈａｎｇｈａｉＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＳｈａｎｇｈａｉ２００２３３ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔꎬａｓａｌｉｎｋｏｆｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｂｅｄꎬｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｓｓｕｅｏｆｒｉｖｅｒꎬｅｓｔｕａｒｙａｎｄｃｏａｓｔａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｒｅｓｅａｒｃｈ.Ｉｎｔｉｄｅ￣ｄｏｍｉｎａｔｅｄｅｓｔｕａｒｉｅｓａｎｄｃｏａｓｔａｌａｒｅａｓꎬｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｄｒｉｖｅｎｂｙｐｅｒｉｏｄｉｃｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅｓｉｓｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇａｎｄｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ.Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬｓｔｕｄｙｏｎｎｅｔｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｔｈｅｓｅａｒｅａｓｉｓｒａｔｈｅｒｐｒａｃｔｉｃａｌ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｔｏｔｈｅｅｘｐｏｎｅｎｔｏｆｃｕｒｒｅｎｔｖｅｌｏｃｉｔｙꎬｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｎｅｔｔｏｔａｌｌｏａｄｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｗｉｔｈｔｉｄｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓｉｓｄｅｒｉｖｅｄ.Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔａｎａｌｙｔｉｃａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｖｅｒｉｆｉｅｄａｇａｉｎｓｔｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｎａｌｙｔｉｃａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｃａｎｒｅｐｒｅｓｅｎｔｔｈｅｎｅｔｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｗｅｌｌｉｎｔｉｄａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ.Ｔｈｕｓꎬｔｈｅｎｅｔｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｃａｎｂｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｂｙｕｓｉｎｇｔｉｄａｌｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓꎬａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｔｉｄａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｃａｎｂｅａｃｈｉｅｖｅｄ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｒｅｖｅａｌｓｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｒｉｐｌｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆＳ２ꎬＭＳ４ａｎｄＭ２ｔｏｔｈｅｎｅｔｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｃｌａｓｓｉｃｔｉｄａｌａｓｙｍｍｅｔｒｙ(ｉ.ｅ.ꎬｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆＭ２ａｎｄＭ４).Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎꎬｔｈｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｃｕｒｒｅｎｔｉｎｅｓｔｕａｒｉｅｓｃａｕｓｅｄｂｙｌａｒｇｅｒｕｎｏｆｆｆｒｏｍ第３８卷第４期２０２０年７月海洋工程ＴＨＥＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶｏｌ.３８Ｎｏ.４Ｊｕｌ.２０２０２６海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３８卷ｕｐｓｔｒｅａｍｔｏｔｈｅｎｅｔｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｃａｎｎｏｔｂｅｎｅｇｌｅｃｔｅｄ.Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｔｈｅｆｌｏｏｄｓｅａｓｏｎꎬｔｈｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｆｌｏｗｉｎｃｒｅａｓｅｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｎｅｔｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔꎻｔｏｔａｌｌｏａｄｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｆｏｒｍｕｌａꎻｔｉｄａｌｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓꎻｒｅｓｉｄｕａｌｃｕｒｒｅｎｔꎻＹａｎｇｔｚｅｅｓｔｕａｒｙ水流和底床相互作用的往往通过泥沙运动体现出来ꎮ而在河口㊁海岸地区的水下地形变化往往受到径流㊁潮流㊁波浪㊁人类活动等的影响ꎬ是河口泥沙在水动力驱动下输运的结果ꎮ在此类地区ꎬ潮流作用明显ꎬ周期性的潮波动力驱动的泥沙输运呈可逆和往复的特征ꎬ往往是滤除周期性作用后得到的泥沙净输运在很大程度上决定了河口动力地貌的改变[１￣２]ꎮ以往的研究成果显示ꎬ潮波进入河口及浅海区域时ꎬ因水深㊁径流㊁地形等因素的影响发生变形ꎬ出现潮汐和潮流不对称现象[３]ꎬ其中潮流动力导致的不对称输运㊁潮泵等机制是泥沙净输运的主要组成部分[４￣６]ꎮｖａｎｄｅＫｒｅｅｋｅ和Ｒｏｂａｃｃｚｅｗｓｋａ(简称ＶＤＫ＆Ｒ)研究了Ｍ０余流㊁Ｍ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６㊁Ｓ２分潮流相互作用对粗沙净输运的影响ꎬ并提出粗沙净输运解析解[７]ꎬ该方法无需复杂模型ꎬ能够通过潮流分潮调和常数ꎬ即振幅和相位ꎬ快速㊁直观地计算泥沙净输运ꎬ其解析解亦揭示了在Ｍ０作用较小的海域ꎬ泥沙净输运仅与Ｍ０㊁Ｍ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６有关ꎮＶＤＫ＆Ｒ进一步采用Ｍ０㊁Ｍ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６分潮流组合和全分潮流组合代表潮波动力ꎬ驱动ＥＭＳ河口水沙动力模型ꎬ其计算结果显示两者模拟得到的泥沙净输运差别不大ꎮ其研究成果被视作动力地貌模型中潮波动力概化的理论依据ꎬ即潮波动力为主的海域动力地貌模型中可单纯的考虑Ｍ０㊁Ｍ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６分潮流的作用[２ꎬ８]ꎮＳｏｎｇ等研究了Ｍ２㊁Ｓ２㊁ＭＳ４分潮之间的相互作用对潮汐不对称的影响[９]ꎮ李谊纯从偏度出发ꎬ结合推移质泥沙输沙公式ꎬ推导了利用潮流调和常数估算河口推移质输沙的解析方法ꎬ经对比ꎬ解析方法与直接采用推移质输沙率公式结果一致[１０]ꎮＧｕｏ等研究了长江一维模型下径流和潮流不对称对地貌的影响ꎬ提出了受径流影响较大地区的河口在Ｍ０余流㊁Ｍ２㊁Ｍ４分潮流作用下的泥沙解析解净输运[８]ꎮ在以上及更多潮流对泥沙净输运影响的研究中ꎬ普遍认为Ｍ０㊁Ｍ２㊁Ｍ４分潮流相互作用引起的潮流不对称是潮平均泥沙净输运的主要成因[１１￣１５]ꎮＣｈｕ等拓展了ＶＤＫ＆Ｒ对泥沙净输运解析解并在河口地区进行应用ꎬ提出了考虑Ｍ０余流ꎬＭ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６㊁Ｓ２㊁Ｎ２㊁ＭＳ４㊁ＭＮ４㊁Ｋ１㊁Ｏ１分潮流作用下的粗沙解析解净输运[１６]ꎬ并指出分潮流的三重相互作用(Ｍ２ꎬＳ２ꎬＭＳ４ꎻＭ２ꎬＮ２ꎬＭＮ４ꎻＭ２ꎬＫ１ꎬＯ１)对粗沙输运有净的贡献ꎬ并且在河口地区各分潮流和Ｍ０的相互作用的贡献不可忽略ꎮ现有有关泥沙净输运的解析解多基于粗沙输运为主的情形ꎬ虽然Ｇｕｏ等[８]提出了适用于全沙输运的公式ꎬ但该公式仅仅考虑了Ｍ０余流㊁Ｍ２㊁Ｍ４分潮流作用ꎬ与Ｃｈｕ等[８]的研究结论相悖ꎬ其计算结果与数值计算结果存在差异(见后文)ꎮ这里拟采用以Ｅｎｇｌｕｎｄ￣Ｈａｎｓｅｎ经验公式为基础[１７￣１８]ꎬ即全沙输运是流速的５次方的函数ꎬ考虑Ｍ０ꎬＭ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６㊁Ｓ２㊁Ｎ２㊁ＭＳ４㊁ＭＮ４㊁Ｋ１㊁Ｏ１等分潮流组合的作用ꎬ推导全沙净输运解析解ꎮ该公式可以反应河口地区泥沙粒径较细ꎬ泥沙输运以全沙输运为主的特征ꎮ此外ꎬ以推导的公式为基础ꎬ计算分析分潮流相互作用对泥沙净输运的贡献ꎬ确定泥沙净输运的主要驱动力ꎮ１㊀潮致泥沙净输运解析解在受潮汐波作用影响的河口海岸地区ꎬ水流和底床的相互作用ꎬ即泥沙输运呈周期性变化ꎮ因此ꎬ某一时刻甚至于某一时间段的泥沙输运并不能体现水流和底床的相互作用ꎬ往往需要通过时间积分ꎬ滤除周期性潮动力引起的波动性的泥沙输运ꎬ得到泥沙的净输运ꎮ滤除了周期性作用得到的泥沙净输运除了包含非周期驱动动力的贡献外ꎬ亦包含了具有不同周期的周期性驱动力相互作用的结果[７ꎬ１６]ꎮ现有大量关于泥沙输沙率及输沙率公式研究的成果ꎬ主要有动力学派㊁运动学派和能量学派ꎬ本研究基于能量学派的理论以及经验方法ꎬ假设输沙公式的一般形式为[７]:Ｓ＝ｆｕｎｓｉｇｎｕ()(１)式中:Ｓ为单宽体积输沙率ꎬｍ２/ｓꎻｆ为泥沙和流体特征参数ꎬ仅与泥沙和水的性质有关ꎬ不同经验公式取法不同ꎻｕ为流速ꎬｍ/ｓꎻｎ为指数ꎮ此处ｎ的取值代表了不同的泥沙输移模式ꎬ适用于不同情况ꎬ当ｎ＝３时ꎬ适用于类似Ｂａｇｎｏｌｄ推移质输沙率公式[２０]ꎻ当ｎ＝５ꎬ则有Ｅｎｇｌｕｎｄ￣Ｈａｎｓｅｎ全沙输沙率公式[１８]ꎮｎ采用采用奇数时ꎬ输沙率为流速的奇数阶函数ꎬ在潮周期内ꎬ当流速对称分布时ꎬ净输沙率为零ꎻ当存在潮流不对称等情况时ꎬ净输沙率不为零[１０]ꎮ河口及近岸地区的水流受潮流作用ꎬ往往呈往复流ꎬ流速可以表达为[４]:ｕ(ｔ)＝ｕＭ０＋ðｉｕｉｃｏｓ(ωｉｔ－φｉ)(２)式中:ｕＭ０为欧拉余流流速ꎬｍ/ｓꎻｕｉ为分潮流流速振幅ꎬｍ/ｓꎻωｉ为分潮流角频率ꎬｒａｄ/ｓꎻφｉ为分潮流相对于Ｍ２分潮流的相位角ꎮ式(２)等号两侧都除以Ｍ２分潮流速振幅ꎬ可得到:ｕ(ｔ)ｕＭ２＝εＭ０＋ｃｏｓ(ωＭ２ｔ)＋ðｉεｉｃｏｓ(ωｉｔ－φｉ)(３)其中ꎬεＭ０＝ｕＭ０ｕＭ２ꎻεｉ＝ｕｉｕＭ２ꎮ本研究基于Ｃｈｕ等[１６]的研究成果ꎬ拟采用分潮序列ꎬ表１中列出了用于拟采用的潮流分潮序列及其角频率和相位关系ꎮ将式(３)代入输沙率公式(１)并进行无量纲化ꎬ可得Φ＝<Ｓ>ｆｕｎＭ２＝<εＭ０＋ｃｏｓ(ωＭ２ｔ)＋ðｉεｉｃｏｓ(ωｉｔ－φｉ)[]ｎ>(４)式中:<㊀>＝１Ｔʏｔ１＋Ｔ２ｔ１－Ｔ２ｄｔꎻＳ为单宽体积输沙率ꎻＴ为整数倍的Ｍ２分潮周期ꎬ通常取２倍ꎬ即２４ｈ５０ｍｉｎꎮ将Φ＝<Ｓ>ｆｕｎＭ２定义为无量纲输沙率ꎬ后文中输沙率均指无量纲输沙率ꎮ进行积分时ꎬ根据以往研究ꎬ假设两潮相互作用的角频率差值Δσ相关的余弦函数ｃｏｓ(Δσｔ)在积分时段内近似为恒定[７ꎬ１６]ꎬ即:εｉＴʏｔ１＋Ｔ２ｔ１－Ｔ２ｃｏｓ(Δσｔ)Ｆｄｔ＝εｉＴｃｏｓ(Δσｔ１)ʏｔ１＋Ｔ２ｔ１－Ｔ２Ｆｄｔ(５)其中ꎬＦ为与角频率差值Δσ无关的余弦函数ꎮ采用三角函数积分求解Φꎬ可以得到泥沙输运解析解ꎮ表１㊀潮流分潮序列Ｔａｂ.１㊀Ｔｉｄａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓｓｅｔ分潮流振幅原始ｕｉ/ｕＭ２角频率相位Ｍ０ｕ０εＭ０－－Ｍ２ｕＭ２１σφＭ２Ｓ２ｕＳ２εＳ２σ＋Δσ１α１＝φＭ２－φＳ２Ｎ２ｕＮ２εＮ２σ－Δσ２α２＝φＭ２－φＮ２Ｍ４ｕＭ４εＭ４２σβ＝２φＭ２－φＭ４ＭＳ４ｕＭＳ４εＭＳ４２σ＋Δσ１α３＝２φＭ２－φＭＳ４ＭＮ４ｕＭＮ４εＭＮ４２σ－Δσ２α４＝２φＭ２－φＭＮ４Ｍ６ｕＭ６εＭ６３σγ＝３φＭ２－φＭ６Ｋ１ｕＫ１εＫ１σ/２＋Δσ３α５＝φＭ２/２－φＫ１Ｏ１ｕＯ１εＯ１σ/２－Δσ３α６＝φＭ２/２－φＯ１３６第４期储㊀鏖ꎬ等:潮致泥沙全沙净输运解析模式㊀㊀ＶＤＫ＆Ｒ采用ｎ＝３ꎬ即考虑粗沙(底沙推移质)输运ꎬ研究了粗沙在Ｍ０㊁Ｍ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６㊁Ｓ２分潮流相互作用下的输沙率ꎬ其认为在一般海岸地区Ｍ０的作用较小ꎬ并忽略了Ｏ(ε３)ꎬ得到的粗沙输运解析解结果共计５项ꎬ其中净输运有３项ꎮＣｈｕ等[８]基于ＶＤＫ＆Ｒ的输沙率求解方法ꎬ在考虑Ｍ０余流ꎬＭ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６㊁Ｓ２㊁Ｎ２㊁ＭＳ４㊁ＭＮ４㊁Ｋ１㊁Ｏ１分潮流的情况下ꎬ提出了粗沙解析解输沙率计算公式ꎬ共计５１项ꎬ其中净输运项１５项ꎮ而对于一般河口ꎬ如长江口ꎬ泥沙输运以细沙呈悬移质为主ꎬ以上适用于粗沙的解析解公式的适用需谨慎ꎮ通常认为ꎬ河口地区悬浮泥沙粒径较细ꎬ其运动形式主要以悬沙为主ꎬ而底床泥沙粒径分布较宽ꎬ泥沙运动形式兼有悬移质和推移质运动[２１]ꎬ因此ꎬ河口海岸地区的泥沙输运应以全沙输运做考虑ꎮ因此ꎬ输沙率可取流速的５次方ꎬ即取ｎ＝５ꎬ采用经典的ＥｎｇｅｌｕｎｄａｎｄＨａｎｓｅｎ公式计算输沙率精度较高[１７]ꎮ根据ＥｎｇｅｌｕｎｄａｎｄＨａｎｓｅｎ输沙率公式[１８]ꎬ输沙率可表示为:ＳＥ－Ｈ＝Ｓｓ＋Ｓｂ＝０.０５αＵ５ｇＣ３Δ２Ｄ５０(６)式中:ＳＥ￣Ｈ为Ｅ￣Ｈ公式计算得到的单宽体积输沙率ꎻＳｓ和Ｓｂ分别为悬移质和推移质单宽体积输沙率ꎬｍ２/ｓꎻα为校正系数ꎻＵ为流速ꎬｍ/ｓꎻＣ为谢才系数ꎬｍ１/２/ｓꎻΔ表示相对密度ꎬΔ＝(ρｓ－ρｗ)/ρｗꎻＤ５０为泥沙中值粒径ꎬｍꎮ类似于Ｃｈｕ等[８]的推导过程ꎬ本研究在考虑Ｍ０ꎬＭ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６㊁Ｓ２㊁Ｎ２㊁ＭＳ４㊁ＭＮ４㊁Ｋ１㊁Ｏ１分潮流的情况下ꎬ推导基于ＥｎｇｅｌｕｎｄａｎｄＨａｎｓｅｎ公式的无量纲全沙净输运解析解表达式ꎮ潮致泥沙输运解析解公式中每一项都代表了分潮流之间的相互作用对净输沙率的贡献ꎬ这些相互作用可分为两种:第一种是恒定项ꎬ这些项不随时间变化ꎬ即对泥沙净输运有所贡献ꎬ共计１２９项ꎻ第二种是波动项ꎬ分潮流相互作用产生泥沙输运随着时间产生波动ꎬ对泥沙净输运没有影响ꎬ共有８０７项ꎬ限于篇幅ꎬ本研究列出对泥沙净输运有贡献的恒定项ꎬ公式见式(７)ꎮΦｎｅｔ＝<Ｓ>ｎｅｔｆｕ５Ｍ２＝ð１１ｉ＝１Φｉ(７)式中:Φｉ为根据相关分潮流对１２９个分项进行归纳整理得到的全沙净输运合并项ꎬ分别与１１类不同分潮流相互作用有关ꎮΦｉ表达式及其相关分潮流见表２ꎮ表２㊀合并项表达式及其相关分潮流Ｔａｂ.２㊀ＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｒｅｌａｔｅｄｔｉｄａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｏｆΦｉ合并项合并项表达式相关分潮流Φ１Φ１＝εＭ０５Ｍ０Φ２Φ２＝５/８εＭ０(３＋３εＭ４４＋３εＭ６４＋１２εＭ４２＋１２εＭ６２＋１２εＭ４２εＭ６２＋４εＭ６ｃｏｓγ＋１２εＭ４２εＭ６ˑ㊀㊀ｃｏｓ(２β－γ))＋１５/２εＭ０２εＭ４(ｃｏｓβ＋２εＭ６ｃｏｓ(β－γ))＋５εＭ０３(１＋εＭ４２＋εＭ６２)Ｍ０ꎬＭ２及其倍潮Φ３Φ３＝５/８εＭ４ｃｏｓβ(２＋６εＭ６２＋３εＭ４２)＋１５/４εＭ４εＭ６ｃｏｓ(β－γ)(１＋εＭ４２＋εＭ６２)＋㊀㊀５/８εＭ４３εＭ６２ｃｏｓ(３β－２γ)Ｍ２及其倍潮Φ４Φ４＝１５/８εＭ０(εＳ２４＋εＮ２４＋εＭＳ４４＋εＭＮ４４＋４εＮ２２εＳ２２＋４εＳ２２εＭＳ４２＋４εＭＮ４２εＳ２２＋４εＮ２２εＭＮ４２＋㊀㊀４εＮ２２εＭＳ４２＋４εＭＮ４２εＭＳ４２＋８εＮ２εＭＮ４εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１－α２－α３＋α４))＋５εＭ０３(εＳ２２＋㊀㊀εＮ２２＋εＭＳ４２＋εＭＮ４２)Ｍ０ꎬＳ２ꎬＮ２及其倍潮Φ５Φ５＝１５/２εＭ０(εＳ２２＋εＮ２２＋εＭＳ４２＋εＭＮ４２)(１＋εＭ４２＋εＭ６２)＋１５εＭ０２(εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１－α３)＋㊀㊀εＮ２εＭＮ４ｃｏｓ(α２－α４))＋１５εＭ０εＭ４(εＳ２εＭＳ４(ｃｏｓ(α１－α３＋β)＋εＭ６ｃｏｓ(α１－α３－β＋γ))＋㊀㊀εＮ２εＭＮ４(ｃｏｓ(α２－α４＋β))＋εＭ６ｃｏｓ(α２－α４－β＋γ)))Ｍ０ꎬＳ２ꎬＮ２ꎬＭ２及其倍潮４６海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３８卷(续表)合并项合并项表达式相关分潮流Φ６Φ６＝１５/４εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１－α３)(１＋εＳ２２＋εＭＳ４２＋２εＮ２２＋２εＭＮ４２＋２εＭ４２＋２εＭ６２)＋㊀㊀１５/４εＮ２εＭＮ４ｃｏｓ(α２－α４)(１＋εＮ２２＋εＭＮ４２＋２εＳ２２＋２εＭＳ４２＋２εＭ４２＋２εＭ６２)＋㊀㊀１５/４εＭ４ｃｏｓβ(εＳ２２＋εＮ２２＋εＭＳ４２＋εＭＮ４２)＋１５/８εＭ４(εＳ２２εＭＳ４２ｃｏｓ(２α１－２α３＋β)＋㊀㊀εＮ２２εＭＮ４２ｃｏｓ(２α２－２α４＋β)＋４εＮ２εＭＮ４εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１＋α２－α３－α４＋β))＋㊀㊀１５/４εＭ６(εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１－α３＋γ)＋εＮ２εＭＮ４ｃｏｓ(α２－α４＋γ))＋(１５/２εＭ４εＭ６εＳ２２ˑ㊀㊀ｃｏｓ(β－γ)(εＳ２２＋εＮ２２＋εＭＳ４２＋εＭＮ４２)＋１５/４εＭ４２εＭ６(εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１－α３＋２β－γ)＋㊀㊀εＮ２εＭＮ４ｃｏｓ(α２－α４＋２β－γ))Ｓ２ꎬＮ２ꎬＭ２及其倍潮Φ７Φ７＝１５/８εＭ０(４εＫ１２＋４εＯ１２＋εＫ１４＋εＯ１４＋４εＫ１２εＯ１２)＋５εＭ０３(εＫ１２＋εＯ１２)Ｍ０ꎬＫ１ꎬＯ１Φ８Φ８＝１５/２εＭ０(εＭ４２＋εＭ６２)(εＫ１２＋εＯ１２)＋１５εＭ０εＫ１εＯ１(εＭ０ｃｏｓ(α５＋α６)＋εＭ４ˑ㊀㊀ｃｏｓ(α５＋α６－β)＋εＭ４εＭ６ｃｏｓ(α５＋α６＋β－γ))Ｍ０ꎬＫ１ꎬＯ１ꎬＭ２及其倍潮Φ９Φ９＝１５/４εＫ１εＯ１ｃｏｓ(α５＋α６)(１＋εＫ１２＋εＯ１２＋２εＭ４２＋２εＭ６２)＋１５/４εＭ４ｃｏｓ(β)(εＫ１２＋εＯ１２)㊀㊀＋１５/８εＫ１εＯ１(εＭ４εＫ１εＯ１ｃｏｓ(２α５＋２α６－β)＋２εＭ６ｃｏｓ(α５＋α６－γ)＋２εＭ４２εＭ６ｃｏｓ(α５＋㊀㊀α６－２β＋γ))＋１５/２εＭ４εＭ６ｃｏｓ(β－γ)(εＫ１２＋εＯ１２)Ｋ１ꎬＯ１ꎬＭ２及其倍潮Φ１０Φ１０＝１５/２εＭ０(εＫ１２＋εＯ１２)(εＳ２２＋εＮ２２＋εＭＳ４２＋εＭＮ４２)＋１５εＭ０εＫ１εＯ１(εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１－㊀㊀α３＋α５＋α６)＋εＮ２εＭＮ４ｃｏｓ(α２－α４＋α５＋α６))Ｍ０ꎬＫ１ꎬＯ１ꎬＳ２ꎬＮ２及其倍潮Φ１１Φ１１＝１５/２εＫ１εＯ１ｃｏｓ(α５＋α６)(εＳ２２＋εＮ２２＋εＭＳ４２＋εＭＮ４２)＋１５/２(εＫ１２＋εＯ１２)(εＳ２εＭＳ４㊀㊀ｃｏｓ(α１－α３)＋εＮ２εＭＮ４ｃｏｓ(α２－α４))＋１５/２εＭ４εＫ１εＯ１(εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１－α３－α５－α６＋㊀㊀β)＋εＮ２εＭＮ４ｃｏｓ(α２－α４－α５－α６＋β))Ｋ１ꎬＯ１ꎬＳ２ꎬＮ２ꎬＭ２及其倍潮２㊀结果分析及讨论如式(７)所示ꎬ本研究推导得到了的潮致全沙净输运公式ꎬ该公式相比以往的粗沙输运公式[７ꎬ１６]及部分全沙公式[８]有所改进ꎬ适用性更强ꎮ本研究首先通过设定相同的参数ꎬ采用不同泥沙输运解析解公式计算得到了解析解输沙率Φꎬ并将式(３)代入式(１)可以计算得到无量纲化输沙率数值解Φｎｕｍｅｒｉｃａｌꎬ通过对比解析解和数值解的计算结果ꎬ可对不同公式的结果进行对比以及验证本研究提出的解析解公式ꎮ此外ꎬ通过计算可以得到式(７)中每一项的值以及其对净输运贡献的占比ꎬ可以评估不同分潮流相互作用对净输运的贡献度即重要性ꎮ２.１㊀不同输沙率公式的差异首先ꎬ采用ＶＤＫ＆Ｒ[７]ꎬＣｈｕ等[１６]以及本研究的公式基于不同条件计算泥沙净输运的解析解结果ꎬ分析比较三个公式的计算结果和采用分潮流直接计算的数值解ꎮ主要分成以下两种情况进行讨论ꎮ１)ＶＤＫ＆Ｒ经典假设改进:在ＶＤＫ＆Ｒ的经典假设基础上ꎬ考虑Ｍ０的影响ꎬ设定参数为:εＭ０＝０.１ꎬεＭ４＝０.１ꎬεＳ２＝０.１ꎬβ＝１５０ʎꎬ其他参数均为零ꎮ计算结果如图１所示ꎮ图１(ａ)为粗沙输沙率的数值计算结果与解析解对比图ꎻ图１(ｂ)为本研究的全沙输沙率解析公式和数值计算结果的对比图ꎮ从图１可以看出ꎬ当仅考虑Ｍ０㊁Ｍ２㊁Ｍ４㊁Ｓ２分潮流时ꎬ假设ｕＭ２＝１.０ｍ/ｓꎬ基于不同公式的泥沙净输沙率与数值计算结果吻合良好ꎮ该情况下ꎬ粗沙和全沙输沙率的净输运项相差不大ꎬ全沙解析解输沙率波动项绝对值稍大于粗沙ꎮ５６第４期储㊀鏖ꎬ等:潮致泥沙全沙净输运解析模式图１㊀假设情况下的泥沙净输运数值计算结果与不同公式计算结果对比Ｆｉｇ.１㊀ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｂａｓｅｄｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｕｎｄｅｒｔｈｅＶＤＫ＆Ｒａｓｓｕｍｐｔｉｏｎ㊀㊀２)洪季长江口北槽:采用Ｃｈｕ等[１６]对长江口北槽站点２００４年洪季潮流调和分析结果进行计算ꎬ长江口典型站点调和分析结果见表３ꎮ假设ｕＭ２＝１.０ｍ/ｓ时ꎬ以表３的北槽枯季潮流速计算泥沙输运ꎬ计算结果如图２所示ꎮ从图２可以看出ꎬ该情况下不同公式的计算结果存在明显差异ꎬ采用本研究公式计算得到的全沙净输沙率是粗沙净输沙率的３倍ꎮ对比两者公式亦可发现ꎬ全沙公式中由于ｎ的取值不同导致分潮流组合的增加是造成两者输沙率差异的原因ꎮ大㊁小潮差异明显:即大潮海向输沙率较大ꎬ小潮时期较小ꎮ采用全沙输沙率公式时ꎬ相邻的大潮的输沙率之间差异显著于其他公式的结果ꎬ两次小潮期间ꎬ两式计算得到的输沙率均较小且接近于零ꎮ表３㊀北槽及徐六泾站点潮流分潮振幅及相对于Ｍ２的相位差Ｔａｂ.３㊀ＡｍｐｌｉｔｕｄｅａｎｄｐｈａｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｉｄａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓｒｅｌａｔｉｖｅｔｏＭ２ａｔＮｏｒｔｈＰａｓｓａｇｅａｎｄＸｕｌｉｕｊｉｎｇｓｔａｔｉｏｎ站点分潮流枯季Ｍ０洪季Ｍ０Ｍ２Ｓ２Ｎ２Ｍ４ＭＳ４ＭＮ４Ｍ６Ｋ１Ｏ１北槽振幅/(ｍ ｓ－１)０.１３０.２９１.０３０.５５０.２６０.０９０.１１０.０５０.０３０.１７０.１１相位/(ʎ)２４０２７７２９４２５６１６２１２６７９徐六泾振幅/(ｍ ｓ－１)０.２５０.８８１.１００.５３０.２４０.３１０.３１０.１４０.０６０.２１０.１４相位/(ʎ)２０５２０９２９０２２０１１６７７７２０图２㊀北槽枯季泥沙净输运数值计算结果与不同公式计算结果对比Ｆｉｇ.２㊀ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｉｄｕａｌｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｔｈｅＮｏｒｔｈＰａｓｓａｇｅｏｆｔｈｅＹａｎｇｔｚｅｅｓｔｕａｒｙ(ｄｒｙｓｅａｓｏｎ)采用三个不同公式ꎬ可以计算得到以上两种情况各分潮流相互作用对净输沙的贡献ꎬ结果见表４ꎮ由表４可以看出ꎬ无论采用何种公式ꎬ不同的分潮流相互作用对泥沙净输运的贡献表现不尽相同ꎮ在改进的经典６６海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３８卷假设情况下ꎬ涉及Ｓ２分潮流的潮潮相互作用对泥沙净输运的贡献较少ꎬＭ０㊁Ｍ２分潮流相互作用导致泥沙的海向输运ꎬＭ４㊁Ｍ２的相互作用占比较大ꎮ考虑洪季长江口北槽实际条件时ꎬ由于潮流不对称作用(９０ʎ<β<１８０ʎ)ꎬ导致了泥沙的陆相输运ꎻ粗沙输运公式ꎬ即ＶＤＫ＆Ｒ[７]和Ｃｈｕ等[１６]公式中ꎬＭ０㊁Ｍ２相互作用是主要贡献项ꎮ此外ꎬ基于Ｃｈｕ等[１６]公式和本文公式ꎬ都可以发现Ｓ２㊁ＭＳ４㊁Ｍ２和Ｍ０㊁Ｓ２相互作用对输沙率的贡献不可忽视ꎮ表４㊀不同公式的分潮流组合对泥沙净输运的贡献率Ｔａｂ.４㊀Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｔｉｄａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｏｒｍｕｌａｓ相关分潮流净输沙占比/(％)假设北槽洪季ＶＤＫ＆Ｒ公式Ｃｈｕ等公式本文公式ＶＤＫ＆Ｒ公式Ｃｈｕ等公式本文公式Ｍ０ꎬＭ２１７６.４１６８.４２１８.５９３.９５８.４２９.３Ｍ４ꎬＭ２－７６.４－７２.９－１２４.７５.９３.７２.０Ｍ４ꎬＭ６ꎬＭ２０.００.００.００.２０.１０.１Ｍ０－１.１０.０－３.１０.１Ｍ０ꎬＭ４－１.７０.１－０.４０.０Ｍ０ꎬＮ２－０.００.０－３.７０.４Ｎ２ꎬＭＮ４ꎬＭ２－０.００.０－－１.１－１.０Ｓ２ꎬＭＳ４ꎬＭ２－０.００.０－１１.４１２.２Ｍ０ꎬＫ１－０.００.０－１.２０.１Ｍ０ꎬＳ２－１.７０.１－１６.７３.４Ｍ０ꎬＭＳ４－０.００.０－０.７０.１Ｋ１ꎬＯ１ꎬＭ２－０.００.０－０.８０.７其他分潮组合－０.０６.１－０.８５２.５其次ꎬ本研究对比了Ｇｕｏ等[８]公式和本研究公式的差异ꎮ同样采用ＥｎｇｅｌｕｎｄａｎｄＨａｎｓｅｎꎬＧｕｏ等[８]对长江口全沙净输运也进行了初步的研究ꎬ其考虑了Ｍ０余流㊁Ｍ２㊁Ｍ４分潮流对泥沙净输运的影响ꎬ推导出全沙净输运解析解公式ꎬ见式(８)ꎮΦｎｅｔｆｕ５Ｍ２＝ʏＴ０Ｕ５ｄｔ/Ｔ＝ｕＭ０５＋５ｕＭ０３(ｕＭ２２＋ｕＭ４２)＋１５８ｕＭ０(ｕＭ２４＋ｕＭ４４)＋５４ｕＭ２４ｕＭ４ｃｏｓβ(８)㊀㊀Ｇｕｏ等[８]提出的式(８)仅考虑了余流和Ｍ２㊁Ｍ４分潮流的影响ꎬ共计６项ꎮ采用同样的假设ꎬ在仅考虑余流和两个分潮流的影响时ꎬ式(７)可以简化为９项ꎬ见式(９)ꎮ相较于Ｇｕｏ等[８]的公式ꎬ多了３项Ｍ０㊁Ｍ２㊁Ｍ４相互作用对泥沙净输运的贡献ꎮΦｎｅｔｆｕ５Ｍ２＝ʏＴ０Ｕ５ｄｔ/Ｔ＝ｕＭ０５＋５ｕＭ０３(ｕＭ２２＋ｕＭ４２)＋１５２ｕＭ０２ｕＭ２２ｕＭ４ｃｏｓβ＋１５８ｕＭ０(ｕＭ２４＋㊀㊀㊀㊀ｕＭ４４＋４ｕＭ２２ｕＭ４２)＋５８ｕＭ２２(２ｕＭ２２ｕＭ４＋３ｕＭ４３)ｃｏｓβ(９)㊀㊀采用表３中北槽站点枯季参数ꎬ首先计算仅考虑Ｍ０余流㊁Ｍ２㊁Ｍ４分潮流时ꎬ假设ｕＭ２＝１.０ｍ/ｓꎬεＭ０＝０.２８ꎬεＭ４＝０.１ꎬβ＝２９４ʎꎬ其他参数均为零ꎬ图３(ａ)给出了计算结果ꎻ图３(ｂ)则给出了考虑所有分潮流计算结果ꎮ由图３(ａ)可知ꎬ当仅考虑Ｍ０余流㊁Ｍ２㊁Ｍ４分潮流时ꎬＧｕｏ等[８]提出的净输沙率公式计算结果与泥沙净输沙率数值计算结果有所差异ꎬ误差约为５％ꎬ采用式(９)计算得到的结果与数值计算的结果吻合更贴切ꎬ在某种假设条件下ꎬＧｕｏ等[８]的公式亦可以用来计算泥沙的净输沙率ꎮ但实际上ꎬ正如Ｃｈｕ等[１６]早已证明ꎬ分潮流的三重相互作用(Ｍ２ꎬＳ２ꎬＭＳ４ꎻＭ２ꎬＮ２ꎬＭＮ４ꎻＭ２ꎬＫ１ꎬＯ１)对泥沙净输运有贡献ꎬ包括了粗沙输运以及全沙净输运并且在河口地区各分潮流和Ｍ０的相互作用的贡献不可忽略ꎮ如图３(ｂ)所示ꎬ当考虑Ｍ０余流ꎬＭ２㊁Ｍ４㊁Ｍ６㊁Ｓ２㊁Ｎ２㊁ＭＳ４㊁ＭＮ４㊁Ｋ１分潮流时ꎬ本文公式的计算结果与数值计算的结果吻合良好ꎬ而采用Ｇｕｏ等[８]的７６第４期储㊀鏖ꎬ等:潮致泥沙全沙净输运解析模式公式得到的输沙率明显偏小ꎬ且仅为本文公式(７)结果的１/３ꎬ并且与数值解的中值相差过大ꎮ由此ꎬＧｕｏ等[８]的简易公式一般不适合实际的河口海岸地区ꎬ在实际应用中ꎬ采用式(８)计算河口泥沙净输运需慎重ꎮ图３㊀假设情况和实际站点的泥沙净输运数值计算结果与不同公式计算结果对比Ｆｉｇ.３㊀ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｉｄｕａｌｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｂａｓｅｄｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓａｔＢｅｉｃａｏ(ｄｒｙｓｅａｓｏｎ)２.２㊀分潮流相互作用对净输沙率的贡献采用式(７)可利用潮流分潮调和常数不仅可以直接快速计算净输沙率ꎬ还可以针对式中每一项不同分潮流及其相互作用对泥沙净输运的贡献进行研究ꎬ确定对不同径流强度㊁分潮流振幅㊁相位对泥沙净输运大小及方向的影响ꎮ以往研究发现有些分潮流之间相互作用(如Ｍ２ꎬＭ４相互作用)对泥沙净输运影响较大ꎬ而有些相互作用仅对泥沙输运产生波动性影响ꎬ在进行潮周期平均后对泥沙净输运无贡献作用ꎬ这些都可以通过式(７)进行分析和计算ꎮ表４为了对比不同公式的差异ꎬ仅仅列出小部分的分潮流相互作用ꎬ由表４可以看出不同分潮流之间的相互作用对净输沙的贡献不甚相同ꎮ为了较为全面的分析不同分潮流相互作用对输沙率的贡献ꎬ分析计算了不同径流条件下的各分潮流相互作用ꎬ即采用表２中Ｃｈｕ等[１６]对长江口北槽和徐六泾站点２００４年的洪㊁枯季潮流调和分析结果进行计算ꎮ表５中列出了对净输沙贡献率超过１％的余流分潮流组合贡献项及其贡献率ꎮ表５㊀分潮流组合对泥沙净输运的贡献Ｔａｂ.５㊀Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｔｉｄａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ相关分潮流净输沙占比/(％)北槽徐六泾枯季(１.１６)洪季(２.１８)枯季(２.９０)洪季(１２.３７)Ｍ０ꎬＭ２２２.０２９.２１６.９３２.８Ｍ４ꎬＭ２４.０２.１４.６１.１Ｍ０ꎬＭ６ꎬＭ２０.９１.０１.１０.９Ｓ２ꎬＭＳ４ꎬＭ２２３.５１２.５２１.９５.１Ｎ２ꎬＭＮ４ꎬＭ２－１.８－１.０－０.２０.０Ｋ１ꎬＯ１ꎬＭ２１.３０.７－０.４－０.１Ｍ０ꎬＭ２ꎬＭ４１.１１.８６.０７.５Ｍ０ꎬＭ２ꎬＳ２２３.７２７.１１３.７１１.２Ｍ０ꎬＭ２ꎬＮ２５.３６.０２.９２.３Ｍ０ꎬＭ２ꎬＫ１１.９２.２２.１１.８８６海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３８卷(续表)相关分潮流净输沙占比/(％)北槽徐六泾枯季(１.１６)洪季(２.１８)枯季(２.９０)洪季(１２.３７)Ｍ０ꎬＭ２ꎬＯ１１.０１.２１.２１.０Ｍ０ꎬＭ２ꎬＭＳ４１.０１.２４.７３.８Ｍ４ꎬＳ２ꎬＭ２３.３１.８２.８０.７Ｍ０ꎬＳ２ꎬＭＳ４ꎬＭ２１.２３.０３.５１０.１Ｍ０ꎬＭ４ꎬＫ１ꎬＯ１ꎬＭ２－０.２－０.２－０.９－０.７Ｎ２ꎬＭＮ４ꎬＳ２ꎬＭ２－１.０－０.５－０.１０.０Ｎ２ꎬＳ２ꎬＭＳ４ꎬＭ２２.３１.２１.６０.４Ｍ４ꎬＳ２ꎬＭＳ４ꎬＭ２０.３０.２２.６０.６Ｍ０ꎬＳ２１.９３.３１.３５.４Ｍ０ꎬＮ２ꎬＳ２１.５１.７０.７０.５注:洪枯季右侧括号内为该站点泥沙净输运值ꎮ１)主要贡献项:由表５可看出ꎬ在北槽中部ꎬ两潮(Ｍ０㊁Ｍ２)相互作用ꎬ三潮(Ｓ２㊁ＭＳ４㊁Ｍ２)和(Ｍ０㊁Ｓ２㊁Ｍ２)相互作用对净输沙率的贡献较大ꎬ枯㊁洪季贡献率均达到６８％以上ꎮ而相较北槽站点ꎬ位于更上游的徐六泾站点ꎬ倍潮相互作用的贡献率明显增加ꎬ如:三潮(Ｍ０㊁Ｍ４㊁Ｍ２)相互作用在徐六泾约为６％~７.５％ꎻ在北槽则是１％~２％ꎮ在以往的研究中ꎬ往往认为潮流不对称(Ｍ２和Ｍ４相互作用)对泥沙净输运的贡献较大ꎬ本研究发现ꎬ在长江口典型站点三潮(Ｓ２㊁ＭＳ４㊁Ｍ２)相互作用对泥沙净输运的贡献显著高于两潮(Ｍ４㊁Ｍ２)相互作用ꎮ比较各分潮流与Ｍ０㊁Ｍ２相互作用对泥沙净输运的贡献ꎬＭ０㊁Ｓ２㊁Ｍ２相互作用对泥沙净输运的贡献显著高于Ｍ０㊁Ｍ４㊁Ｍ２相互作用ꎬ且Ｍ０㊁Ｓ２㊁Ｍ２相互作用的贡献与相位无关ꎬＭ０㊁Ｍ４㊁Ｍ２相互作用与Ｍ４㊁Ｍ２相位差β有关ꎮ该结果表明在受径流影响较大的河口地区ꎬＳ２及其倍潮相互作用㊁余流与其他分潮流相互作用对泥沙净输运的贡献较大且不可忽略ꎬ在分析潮流不对称及泥沙净输运问题时应考虑除Ｍ４㊁Ｍ２以外更多的分潮流以全面分析不同分潮流组合的影响ꎮ２)季节变化:洪枯季径流量变化对泥沙净输运的影响较大ꎮ通过比较表５中两站分潮流相互作用贡献在洪枯季的变化ꎬ可以看出随着洪季Ｍ０增大ꎬ与Ｍ０相关的分潮流相互作用对泥沙净输运的贡献均有所增长ꎮ与余流无关的潮流分潮组合导致的泥沙净输运值不变ꎬ使得其对总泥沙净输运的占比即贡献显著减少ꎮ由于徐六泾站点洪㊁枯季节余流变化更大ꎬ其相互作用的贡献率变化也更大ꎮ不同的余流与分潮流相互作用贡献率对余流变化的响应有所不同ꎬ由表５可以看出ꎬＭ０㊁Ｓ２相互作用对余流变化的响应比Ｍ０㊁Ｍ２相互作用显著ꎬ即Ｍ０变化对Ｍ０㊁Ｓ２相互作用的影响更大ꎮ３)相位对输沙率的影响:部分分潮流相互作用的泥沙输运方向取决于分潮流之间相位差ꎬ如表５所示ꎬ观察三潮(Ｋ１㊁Ｏ１㊁Ｍ２)相互作用的贡献率可以发现ꎬ在北槽站点产生的是向海方向的泥沙净输运ꎬ而在徐六泾站点产生的向陆方向的泥沙净输运ꎮ该相互作用贡献项由公式中的３个分项组成ꎬ具体表达式如下:(１５εＫ１εＯ１ｃｏｓ(α５＋α６))/４＋(１５εＫ１３εＯ１ｃｏｓ(α５＋α６))/４＋(１５εＫ１εＯ１３ｃｏｓ(α５＋α６))/４ꎬ可得该相互作用的泥沙净输运方向取决于Ｋ１㊁Ｏ１与Ｍ２相互作用的相位差之和ꎬ即α５＋α６ꎮ对于部分分潮流相互作用ꎬ分潮流之间的相位差对其贡献项的大小也有影响ꎮ例如(１５εＳ２εＭＳ４ｃｏｓ(α１－α３))/４为Ｓ２㊁Ｍ２㊁ＭＳ４分潮流相互作用的贡献项ꎬ其大小和方向与Ｓ２㊁ＭＳ４之间的相位差α１－α３有关ꎮ除此之外ꎬ还有部分分潮流相互作用ꎬ其贡献项的大小方向与分潮流之间的相位差均无关ꎮ例如(１５ε０εＳ２２)/２为Ｍ０㊁Ｓ２㊁Ｍ２相互作用产生的贡献项ꎬ且和Ｓ２㊁Ｍ２之间的相位差α１无关ꎮ９６第４期储㊀鏖ꎬ等:潮致泥沙全沙净输运解析模式因此ꎬ采用不同地区的分潮流相位参数计算得到的净输沙率差异较大ꎬ且每一项净输沙率贡献项对相位差的反应都不同ꎮ３㊀公式验证及应用采用长江口三个站点２０１６年７月２１－２２日㊁２７－２８日大小潮期间流速及潮输沙率资料对公式进行验证ꎬ三个站点分别位于南港㊁北槽㊁南槽的１＃(３１ʎ２０.３２ᶄＮꎬ１２１ʎ４０.２６ᶄＥ)㊁２＃(３１ʎ１４.７５ᶄＮꎬ１２２ʎ１.６０ᶄＥ)㊁３＃(３１ʎ７.７９Ｎᶄꎬ１２１ʎ５３.７０ᶄＥ)三个测站ꎬ站点位置分布见图４ꎮ由于缺乏较长的实测流速资料ꎬ本研究利用基于Ｄｅｌｆｔ３Ｄ的长江口二维水动力模型[１６]进行模拟得到一个月的流速资料ꎮ并将流速在涨急㊁落急流速的方向上进行分解ꎬ并利用基于Ｔ－Ｔｉｄｅ的调和分析工具包进行调和分析计算得到分潮流调和常数ꎬ进而可采用式(７)计算可得到解析解净输沙率Φꎮ采用如图４所示站点的模型模拟流速ꎬ可以直接代入Ｅ￣Ｈ公式计算得到经验输沙率ＳＥ￣Ｈꎬ计算时ꎬ取ρｓ＝２６５０ｋｇ/ｍ３ꎬ糙率ｎ＝０.０１３[１９]ꎮ泥沙中值粒径选取可根据实测的粒配曲线(见图５)ꎬ根据图５取３个站点的Ｄ５０分别为０.０１１３ｍｍ㊁０.０１１ｍｍ㊁０.０１０７ｍｍꎮ图４㊀站点位置示意Ｆｉｇ.４㊀Ｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｉｏｎｓ图５㊀站点悬沙粒径累积曲线图Ｆｉｇ.５㊀Ｇｒａｉｎｓｉｚｅａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｔｉｏｎｓ对比计算得到的解析解输沙率Φ㊁基于模型结果的Ｅ￣Ｈ公式经验输沙率ＳＥ￣Ｈ以及基于实测流速和含沙量计算得到的实际输沙率Ｓｏｂｓ作对比ꎬ结果见图６ꎮ图６㊀输沙率公式验证结果Ｆｉｇ.６㊀Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｎｆｏｒｍｕｌａｓｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｒａｔｅ０７海㊀㊀洋㊀㊀工㊀㊀程第３８卷由图６可以看出ꎬ采用Ｅ￣Ｈ公式基于模型模拟流速计算得到的经验输沙率和基于实测流速和含沙量得到实测输沙率基本吻合ꎬ说明Ｅ￣Ｈ公式在该河口可以适用ꎬ此外Ｅ￣Ｈ公式结果与解析公式结果吻合较好ꎮ大潮期间涨急时刻Ｅ￣Ｈ公式输沙率绝对值高于实测输沙率ꎬ但落急时刻则低于实测输沙率ꎮ因此与实测输沙率相比ꎬ基于Ｅ￣Ｈ公式的解析解净输沙率与实测数据基本吻合ꎬ但略微偏高ꎬ误差的可能原因是文中研究的净输沙公式未考虑起动切应力的影响ꎮ４㊀结㊀语以Ｅｎｇｅｌｕｎｄ￣Ｈａｎｓｏｎ公式为基础ꎬ即泥沙输运与流速的５次方成正比ꎬ假设河口地区水流以往复流为主ꎬ通过潮周期时间积分推导得到了潮致泥沙全沙净输运公式ꎮ该公式考虑了多分潮流情况下的全沙输运ꎬ完善并改进了已有研究提出的公式ꎬ拓展了潮致泥沙解析解的适用范围ꎮ通过该公式可以利用潮流分潮流调和常数直接计算泥沙净输运ꎬ分析分潮流和余流产生变化时对输沙率的影响ꎬ研究各分潮流及其相互作用与泥沙净输运之间的关系ꎮ主要结论如下:１)公式计算结果与数值计算结果十分吻合ꎬ表明净输运公式的正确性ꎮ与已有的泥沙粗沙净输运解析解比较发现ꎬ在长江口典型站点情况下ꎬ本文公式计算得到的净输沙是粗沙净输沙的３倍左右ꎻ大㊁小潮时期输沙率差异较大ꎬ两次相邻大潮的输沙率之间存在显著差异ꎻ两次小潮期间ꎬ两式计算得到的输沙率均较小且接近于零ꎮ对比Ｇｕｏ等[８]的全沙净输运公式ꎬ本文的公式更加完善ꎬ适用性更广ꎮ２)研究发现在长江口区域ꎬ潮不对称作用(Ｓ２㊁ＭＳ４㊁Ｍ２)和三潮相互作用(Ｍ０㊁Ｓ２㊁Ｍ２)等的相互作用对泥沙净输运的贡献显著高于通常意义上的潮流不对称㊁即两潮(Ｍ２和Ｍ４)相互作用对泥沙净输运的贡献ꎬ该结果可适用于受径流影响的半日潮河口地区ꎮ３)余流㊁分潮流的相互作用对泥沙输运的贡献率随着洪㊁枯季变化有所不同ꎮ洪季时ꎬ与Ｍ０相关的相互作用对泥沙净输运的贡献均有所增长ꎬ其对总泥沙净输运的占比即贡献显著增大ꎮ４)分潮流相互作用对输沙的贡献大部分表现为受Ｍ０控制ꎬ即向海输运ꎬ但是部分潮潮相互作用对泥沙输运的贡献其方向取决于分潮流之间的相位差ꎬ即可能会导致向岸输沙ꎬ而输沙率的大小由分潮流振幅和相位差共同决定ꎮ文中得到的泥沙净输运解析解公式建立在输沙率与流速的五次方成正比的经验公式基础上ꎬ该公式适用于部分河口ꎬ未考虑河流中的泥沙过饱和和不饱和现象ꎬ且输沙率还与起动切应力等因素有关ꎬ文中假设该因素在一段时间内为不变量ꎬ未考虑该因素变化对泥沙净输运的影响ꎬ这些都会影响到泥沙的净输运ꎬ需要进行进一步的研究ꎮ参考文献:[１]㊀ＰＯＳＴＭＡＨ.ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｎｄａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｕｓｐｅｎｄｅｄｍａｔｔｅｒｉｎｔｈｅＤｕｔｃｈＷａｄｄｅｎＳｅａ[Ｊ].ＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｅａＲｅｓｅａｒｃｈꎬ１９６１:１４８￣１９０.[２]㊀ＤＥＲＷＥＧＥＮＭＶꎬＲＯＥＬＶＩＮＫＪＡ.Ｌｏｎｇ￣ｔｅｒｍｍｏｒｐｈｏｄｙｎａｍｉｃｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆａｔｉｄａｌｅｍｂａｙｍｅｎｔｕｓｉｎｇａｔｗｏ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌꎬｐｒｏｃｅｓｓ￣ｂａｓｅｄｍｏｄｅｌ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２００８ꎬ１１３(３):２１５６￣２２０２.[３]㊀ＦＲＩＥＤＲＩＣＨＳＣＴꎬＡＵＢＲＥＹＤＧ.Ｔｉｄａｌｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｉｎｓｔｒｏｎｇｌｙｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔｃｈａｎｎｅｌｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈꎬ１９９４:３３２１￣３３３６.[４]㊀谢东风ꎬ高抒ꎬ潘存鸿ꎬ等.杭州湾沉积物宏观输运的数值模拟[Ｊ].泥沙研究ꎬ２０１２(３):５１￣５６.(ＸＩＥＤＦꎬＧＡＯＳꎬＰＡＮＣＨꎬｅｔａｌ.Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇｍａｃｒｏ￣ｓｃａｌｅｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｐａｔｔｅｒｎｓｉｎＨａｎｇｚｈｏｕｂａｙꎬＣｈｉｎａ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｅｄｉｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１２(３):５１￣５６.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[５]㊀陈炜ꎬ李九发ꎬ李占海ꎬ等.长江口北支强潮河道悬沙运动及输移机制[Ｊ].海洋学报ꎬ２０１２ꎬ３４(２):８４￣９１.(ＣＨＥＮＷꎬＬＩＪＦꎬＬＩＺＨꎬｅｔａｌ.ＴｈｅｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｎｓｔｒｏｎｇｔｉｄａｌｒｅａｃｈｅｓｏｆｔｈｅＮｏｒｔｈＢｒａｎｃｈｏｆｔｈｅＣｈａｎｇｊｉａｎｇＥｓｔｕａｒｙ[Ｊ].ＡｃｔａＯｃｅａｎｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａꎬ２０１２ꎬ３４(２):８４￣９１.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[６]㊀杜家笔ꎬ裴艳东ꎬ高建华ꎬ等.弱动力浅海中的悬沙输运机制:以天津港附近海域为例[Ｊ].海洋学报ꎬ２０１２ꎬ３４(１):１３６￣１４４.(ＤＵＪＢꎬＰＥＩＹＤꎬＧＡＯＪＨꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｌｏｗｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎｓｉｎｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒｓ:ａｃａｓｅｓｔｕｄｙｆｒｏｍｔｈｅＴｉａｎｊｉｎｓｕｂｔｉａｌａｒｅａ[Ｊ].ＡｃｔａＯｃｅａｎｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａꎬ２０１２ꎬ３４(１):１３６￣１４４.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ))[７]㊀ＶＡＮＤＥＫＲＥＥＫＥＪＶꎬＲＯＢＡＣＺＥＷＳＫＡＫ.Ｔｉｄｅ￣ｉｎｄｕｃｅｄｒｅｓｉｄｕａｌｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｆｃｏａｒｓｅｓｅｄｉｍｅｎｔꎻＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏｔｈｅＥＭＳ１７第４期储㊀鏖ꎬ等:潮致泥沙全沙净输运解析模式。

2016 NO.06SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION工 业 技 术74科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION随着人类对于海洋资源的开发利用日益加剧,各类海岸工程包括港口建设、开挖航道、修建防波堤、围海造陆等,都会对周围海域环境产生不利影响。

而其中施工产生的悬浮泥沙的扩散输移对工程效果、海域环境等影响较大,主要表现为悬浮泥沙的扩散输移范围和浓度变化对海洋环境的影响以及悬浮泥沙引起的水质环境改变对海洋生态系统和水生生物产生的不利影响。

1 泥沙模型的发展悬浮物输运数学模型大致可分为欧拉型和拉格朗日型两大类。

欧拉法计算量小,应用较广,它以悬浮物的空间浓度分布为研究对象,多采用有限元法或有限差分法对悬浮物输运方程进行求解;拉格朗日法则通过追踪每个时刻各个质点的位置,采用统计的方法得到流场内不同时刻的悬浮物浓度分布。

该方法模拟精度高,但计算量相对较大[1]。

泥沙数学模型始于20世纪中期,经历了从一维、二维到三维,从非耦合到耦合的发展历程。

一维泥沙数学模型主要用于研究长时空的泥沙问题,包括河道、水库的泥沙运动或长期的河床冲淤演变等。

随着实际工程的需要,近年来一维泥沙模型还被应用于非恒定流、非均匀沙、不平衡输沙状态、复合水道以及异重流、往复流等不同流态的情况研究。

目前在悬沙、底沙输移以及河床演变中应用最广的是二维泥沙数学模型。

一般分为平面及垂向二维模型。

平面二维泥沙数学模型建立在垂向平均的基础上,模拟区域泥沙场的平面分布。

考虑水动力因素,平面二维泥沙数学模型主要分为如下4类[2]：(1)只考虑潮流作用,适用于潮流作用为主、波浪影响小的地区;(2)考虑波浪掀沙、潮流输沙作用,这种模型在挟沙力的确定中考虑波高因子的影响;(3)考虑波浪掀沙及波浪场对潮流场影响的泥沙模型,通过底摩擦力和辐射应力在潮流场的计算中引入波浪作用;(4)考虑波浪掀沙以及波流相互作用的泥沙数学模型,在(3)的基础上考虑流场对波浪场的影响,即波流场的相互作用。

台州港临海港区规划波浪潮流泥沙数学模型研究李文丹;李孟国;肖辉;麦苗【摘要】The tidal current and problems related to the reclamation of the Linhai port area in Taizhou were studied in this paper.The natural conditions of the estuary were analyzed.Then by means of the 2D mathematical model,the study on wave,tidal current and sediment,as well as the seabed erosion and deposition before and after reclamation were carried out. The results show that the reclamation of the Linhai port in Taizhou is feasihle.%文章研究了台州港临海港区规划围垦后的有关潮流泥沙问题.首先对该海区的自然条件进行了分析,而后使用二维波浪潮流泥沙数学模型研究手段对台州港规划围垦后的二维潮流场、泥沙场、地形冲淤变化进行了模拟研究.研究结果表明,从周围水沙环境的影响考虑,该港区规划围垦的方案是可行的.【期刊名称】《水道港口》【年(卷),期】2012(033)003【总页数】7页(P194-200)【关键词】潮流;数学模型;数值模拟;泥沙;台州【作者】李文丹;李孟国;肖辉;麦苗【作者单位】交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室,天津300456;交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室,天津300456;交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室,天津300456;交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室,天津300456【正文语种】中文【中图分类】TV142;O242.1Biography：LI Wen-dan（1982-）,female,assistant professor.台州港临海港区位于台州湾头门岛海域，在上盘镇东部，东矶列岛西面，具有建设港口的良好自然条件，在台州港总体规划中作为综合性枢纽港区进行规划建设，是台州港的核心港区。