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排海污水中往往含有一定数量的悬浮物, 这些悬浮物在排放口附近中呈现出复杂的扩散与沉降特性, 具有挟沙射流的典型运动特征。本文系统回顾了静水、恒定流、潮流和波浪等环境下排海污水挟沙射流的研究进展, 发现在不同动力环境下挟沙射流泥沙沉积形态存在显著差异性。如何精细刻画波浪-水流-射流多动力耦合过程及其对泥沙输运和沉降过程的影响是排海污水挟沙射流研究的难点所在, 对此提出了基于PIV/PLIF固相分离物理试验、粒子追踪两相流数值模型和拉格朗日积分模型, 系统开展波流共同作用下挟沙射流运动规律研究的设想, 以期为排海污水工程的优化设计提供重要参考。 相似文献
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横流环境下振荡射流的运动和稀释特性研究对于提高排放工程稀释能力非常重要。利用三维大涡数学模型研究了横流环境下振荡射流的初始稀释规律, 探讨了各参数对射流稀释效果的影响; 通过引入射流特征速度与特征长度并进行量纲分析, 得到了横流环境下振荡射流的断面最小稀释度和可视范围面积经验公式, 并将其与波流环境下非振荡射流的稀释规律进行对比。研究表明: 横流环境下振荡射流下游断面浓度极大值出现在反向对称漩涡(CVP)结构位置或"污染物云团"位置; 振幅-射流速度比越大, 最小稀释度越大, 断面可视范围面积越大; 随着斯特劳哈尔数的减小, 断面可视范围面积增加, 最小稀释度变化不明显; 横流环境下振荡射流和波流环境下非振荡射流的初始稀释经验公式结构一致, 射流振荡性产生的初始稀释促进作用与波浪效果类似。 相似文献
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波流边界层水动力模拟对研究波流相互作用和泥沙运动具有重要的理论意义和实践价值。开发了波流边界层1DV垂向一维水动力数值模型,可用于模拟漩涡沙波床面和平底床面水动力特征。模型的构建基于边界层控制方程,平底床面采用k-ε模型,沙波床面采用双层模型,提出了漩涡层和紊动扩散层交界面紊动动能和紊动耗散率表达式。试验资料验证表明,模型较好地模拟了波浪-水流-床面共同作用下的边界层水动力特征,包括波周期内不同相位流速分布、紊动动能、剪切应力等以及波致时均流速分布和波流相互作用下的时均流速分布等。根据所建模型,讨论了不同床面和波流组合条件下的水动力特征。该模型可为研究波流边界层内水动力特征提供工具。 相似文献
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基于波浪边界层理论及单向流泥沙起动Shields曲线,推证出波浪泥沙起动Shields曲线;基于波流边界层理论,提出表述波流边界层动力特征的波流比因子X及非线性作用因子Y,并建立了Y与X的相关关系;在此基础之上,结合单向流及波浪泥沙起动Shields曲线,推证出波流共同作用下泥沙起动Shields曲线。结果表明:波浪泥沙起动Shields曲线在层流区与单向流光滑紊流区曲线保持一致,粗糙紊流区与单向流粗糙紊流区曲线保持一致,过渡区线型为折线,由层流区及粗糙紊流区曲线延长交汇获得;X及Y能够合理地表征波流边界层动力对比特征及非线性作用特征;波流泥沙起动Shields曲线介于波浪及单向流泥沙起动Shields曲线之间,随着波流比因子X的不同,依据非线性作用因子Y,自动在波浪及单向流泥沙起动Shields曲线之间非线性过渡。建立的波流泥沙起动Shields曲线与试验结果吻合较好,且能够概括单向流、波浪及波流等不同动力及细沙、粗沙等不同粒径的泥沙起动条件。 相似文献
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基于波浪边界层理论及单向流泥沙起动Shields曲线,推证出波浪泥沙起动Shields曲线;基于波流边界层理论,提出表述波流边界层动力特征的波流比因子X及非线性作用因子Y,并建立了Y与X的相关关系;在此基础之上,结合单向流及波浪泥沙起动Shields曲线,推证出波流共同作用下泥沙起动Shields曲线。结果表明:波浪泥沙起动Shields曲线在层流区与单向流光滑紊流区曲线保持一致,粗糙紊流区与单向流粗糙紊流区曲线保持一致,过渡区线型为折线,由层流区及粗糙紊流区曲线延长交汇获得;X及Y能够合理地表征波流边界层动力对比特征及非线性作用特征;波流泥沙起动Shields曲线介于波浪及单向流泥沙起动Shields曲线之间,随着波流比因子X的不同,依据非线性作用因子Y,自动在波浪及单向流泥沙起动Shields曲线之间非线性过渡。建立的波流泥沙起动Shields曲线与试验结果吻合较好,且能够概括单向流、波浪及波流等不同动力及细沙、粗沙等不同粒径的泥沙起动条件。 相似文献
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采用粒子图像测速和平面激光诱导荧光技术对波浪环境中倾斜射流的运动和稀释特性进行了实验研究,对比分析了排放角度对射流瞬时运动形态、时均速度场和时均浓度场的影响。实验结果表明排放角度的变化对波浪环境中射流的运动形态、速度分布和混合范围等均有显著影响。当射流顺波浪方向运动时,射流主体段速度剖面呈双峰分布,达到初始浓度20%、30%、40%和50%的混合范围随排放角度增加而先增大后减小;当射流逆波浪方向运动时,射流速度剖面双峰分布不明显,相应的混合范围随排放角度增加而减小。在波浪牵引和射流卷吸的共同作用下,逆向射流的稀释效果总体上优于与垂线方向相同夹角的顺向射流。 相似文献
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作为河、湖以及滨海湿地生态系统中必不可少的组成部分,水生植被具有重要的生态服务价值,且许多生态服务价值是通过改变水体动力条件实现的。含植被水流研究不仅可用于科学阐明水生植被的生态环境效应,还能指导河湖生态系统修复及污染治理的工程实践。本文考虑单向明渠流与波浪2种水动力环境,对国内外有关水生植被对水流结构以及泥沙运动影响研究的主要成果进行梳理。单向明渠流条件下,植被对水动力的影响研究主要集中于植被对水流阻力的影响以及冠层内水体的紊动结构与紊动尺度特征;波浪条件下,植被对波高与波浪流速的减弱作用以及冠层内水体的时均与紊动结构特征是研究重点。受水动力条件控制,植被影响下的泥沙运动特征也受到广泛关注,且研究焦点为单向明渠流条件下水生植被对泥沙起动与输移的影响以及波浪条件下植被对床底泥沙再悬浮的影响。 相似文献
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渤海湾曹妃甸老龙沟海区属于典型的离岸沙坝-潟湖海岸体系,口门处发育有拦门沙。采用实测资料分析和二维波流泥沙数学模型计算研究了拦门沙成因及其开挖后的回淤情况。研究表明,涨落潮流路不一致、落潮流扩散是老龙沟拦门沙形成的主要原因。针对该海区波浪、潮流、泥沙及海床演变特点,进行了2006年、2007年大小潮潮流泥沙的验证及2008年8~12月试挖槽回淤的验证,在此基础上,预测了拦门沙航道正常情况下的泥沙回淤和大风天骤淤。试挖槽监测资料分析及数学模型计算表明,风浪掀沙是影响老龙沟拦门沙回淤的重要因素。 相似文献
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磨刀门已由"径流型"向"径流-波浪型"河口转变,波浪已是该河口主要动力之一,但波浪对河口洪季水流及泄洪的影响缺少研究。在2-D潮流数学模型中添加随潮位实时变化的波浪辐射应力,建立波浪潮流耦合数学模型;波浪求解采用缓坡方程,背景水深由潮流模型实时提供,可通过比较考虑和未考虑波浪影响的河口流场来分析波浪对泄洪的影响。在年均常浪作用下,磨刀门河口洪季涨落潮阶段均有明显的波生环流结构。由于波浪作用方向向陆,波生流减弱了浅滩区的向海余流,增大了浅滩向陆余流;受浅滩向海余流减弱影响,河口动力自调整后形成归槽水流,促使深槽内向海余流增大。波浪有顶托河口泄洪之势,可改变滩槽泄洪分配比例;年均常浪的波高较小,其对潮流及泄洪的影响区域限制在浅水区,故对泄洪的负面影响有限。 相似文献
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James H. Churchill James L. Hench Richard A. Luettich Jackson O. Blanton Francisco E. Werner 《Estuaries and Coasts》1999,22(4):1057-1070
Drifter tracks and shipboard CTD observations have revealed a number of distinct features of the flood tide circulation carrying water through Beaufort Inlet, North Carolina. One of the most noteworthy of these features is a nearshore jet in the flow carrying water to the inlet on a flood tide. Characterized by a shoreward increase in longshore flow, the jet produces a narrow coastal zone over which water is carried into the inlet. The jet appears to be principally a tidal phenomenon, as it is closely reproduced by a tidally-driven barotropic numerical model. The model results also indicate the jet may be a near-inlet feature. Model simulations of spring tide conditions show the jet confined to within 4 km of the inlet mouth. Another observed phenomenon, which is reproduced by the tidal model, is a distinct splitting of the flow entering the inlet, in which water passing through a particular inlet segment tends to move up-estuary along a well-defined path. An observed flow feature not reproduced by the tidal model is an eastward skew of the region over which water is drawn into the inlet on a flood tide. This asymmetry is unrelated to the local wind. Modeling results from a previous study suggest it may be due to convergent flow at the edge of the low salinity plume issuing from the inlet. Taken together, the results of this and other recent studies in the Beaufort Inlet region reveal the importance of nearshore currents on the eastern side of the inlet in delivering oceanic-spawned larvae to the estuarine system connected to the inlet. 相似文献
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研究叠加波浪场作用下的裂流特征,有助于全面深入开展海岸裂流的致灾机理及风险评估。为分析水动力和水底地形共同作用下形成的裂流特征,开展了交叉叠加波浪作用下有槽沙坝海岸的裂流流动特征试验,即同时考虑沿岸地形变化（存在沟槽）和交叉波浪共同作用所形成裂流。通过对裂流槽附近ADV（Acoustic Doppler Velocimetry）流速测量结果,分析叠加波浪场和裂流沟槽同时存在时所产生的裂流分布特征。裂流中心位置和宽度受裂流槽和波浪节点共同控制,裂流长度依赖于波高和海岸坡度。无槽情况裂流的驱动力主要是由波浪沿岸不均匀所产生的平均水面沿岸压力梯度,有槽情况裂流的驱动力由平均水面沿岸压力梯度和辐射应力沿岸梯度共同决定,二者量值相对大小依赖于波浪周期。 相似文献
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This study investigates impacts of a wave farm on waves, currents and coastal morphology adjacent to the wave farm, which is located in the Southwest of England (the Wave Hub). In this study, we focus on the interaction between waves and tides due to the presence of the wave farm and its effects on wave radiation stresses, bottom shear stresses and consequently on the sediment transport and the coast adjacent to the wave farm, using an integrated numerical modelling system. The modelling system consists of the near-shore wave model SWAN, the ocean circulation model ROMS and a sediment transport model for morphological evolution. The results show that tidal elevation and tidal currents can have a significant effect on waves and that tidal forcing and waves have a significant effect on bottom shear stresses. Waves can impact on the processes related to the bottom boundary layer and mixing intensity in the water column. The wave farm has an impact on the gradients of radiation shear stresses and bottom shear stresses that modify current speeds and wave heights, which in turn impact on the near-shore sediment transport and the resulting morphological changes. Bed load transport rates show a decrease when the wave farm is present, even during storm conditions. The results highlight the importance of the interactions between waves and tides when modelling coastal morphology with presence of wave energy devices. 相似文献
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针对渤海湾曹妃甸海域波浪、潮流、泥沙及海床演变特点,应用波流共同作用下二维泥沙数学模型研究港区开发方案。2006年冬季和夏季大、小潮潮流泥沙验证表明,该海域潮位及15条同步垂线流速、流向、含沙量过程的计算值与实测值吻合良好,并进行了矿石码头港池前沿海域在潮流与波浪共同作用下悬沙引起的冲淤验证,计算的冲淤厚度及其分布趋势与实测值比较接近。在此基础上,研究了曹妃甸前岛后陆的港区围垦方案对水动力环境的影响问题,包括该工程引起的曹妃甸甸头以南深槽、老龙沟深槽及各港池的流速变化及底床的冲淤变形等。 相似文献
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受波浪及沿岸流影响,在滨岸地区形成的滩坝砂体是滨海（湖）带发育的主要砂体类型。目前国内外学者对滩坝沉积砂体的认识多来自于现代沉积和油气地质特征,对滩坝砂体的沉积机制和内部结构研究相对较弱。基于沉积水槽实验,采用规则波浪对沙质斜坡滨岸带进行模拟实验,观测波浪作用下滨岸带滩坝形成过程和波浪运动特征,记录波浪作用下滨岸带沙质滩坝在不同浪带平面时空演化规律。实验结果显示:波浪是改造湖岸原有沉积物的关键驱动力,波浪作用下沙质岸滩床面泥砂将发生输移运动,而滩坝是陆湖（海）泥沙在水动力驱动下搬运沉积的结果,水动力的强弱及水流结构引起泥沙在空间上的不均匀输运和分布,进而塑造不同的滩坝形态。与强波浪相关的高水位可以加速滩坝系统的形成并最终形成大规模的滩坝砂;相比之下,与较弱波浪相关的低水位只能略微改变初始沉积物形态。根据不同的沉积物特征可将实验中的滩坝系统分为三类:冲浪带和碎浪带滩坝系统近端部分的大规模厚层坝砂,破浪带和升浪带滩坝系统中部分布广泛的薄滩砂,以及位于滩坝系统中远端的弧形或平行排列的脊状、砂纹坝砂。建立了水槽实验模式下滩坝沉积模式,可用于指导油气勘探开发。 相似文献
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A Field Study of How Wind Waves and Currents May Contribute to the Deterioration of Saltmarsh Fringe
Deltaic landscapes, such as the Mississippi River Delta, are sites of extensive conversion of wetlands to open water, where increased fetch may contribute to erosion of marsh edges, increasing wetland loss. A field experiment conducted during a storm passage tested this process through the observations of wave orbital and current velocities in the fringe zone of a deteriorating saltmarsh in Terrebonne Bay, Louisiana. Incident waves seaward of the marsh edge and wave orbital and current velocities immediate landward of the marsh edge were measured. Through a dimensional analysis, it shows that the current and orbital velocities in the marsh fringe were controlled by the incident waves, inundation depth, submergence ratio, and vegetation density. Similarly, it is shown that the longshore currents in the inundated saltmarsh fringe depended on the local wave-induced momentum flux, vegetation submergence, and vegetation density in the fringe zone. The cross-shore current showed the presence of a return flow in the lower region of the velocity profile. A high correlation between the current direction and the local flow-wave energy ratio as well as the vegetation submergence and density is found, indicating the important role of surface waves in the fringe flow landward of an inundated wetland under storm conditions. The field observations shed light on the potential ecological consequences of increased wave activities in coastal saltmarsh wetlands owing to subsidence, sea level rise, limited sediment supply, increases in wind fetch, and storm intensity. 相似文献