珠江口水流泥沙運(yùn)動(dòng)模擬研究

前言

二維水流泥沙數(shù)學(xué)模型采用國際先進(jìn)的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格有限體積法。計(jì)算域的網(wǎng)格剖分混合正交曲線網(wǎng)格和三角形網(wǎng)格，河道內(nèi)基本為正交曲線網(wǎng)格，河道近岸處和口外是三角形網(wǎng)格，實(shí)現(xiàn)了河道和岸線邊界的貼體，很好地反映了網(wǎng)河區(qū)和河口區(qū)復(fù)雜的平面形態(tài)特征，并優(yōu)化了網(wǎng)格數(shù)量。水流泥沙控制方程采用有限體積方法離散，采用了逆向追蹤和沿特征線內(nèi)插技術(shù)，確保了流量、輸沙量的守恒性。模型的整體性、守恒性等保證了對洪季、枯季及口外實(shí)測資料率定、驗(yàn)證及復(fù)核的良好結(jié)果。主要研究結(jié)論如下。1．資料分析研究表明，受全球氣候變暖和人類活動(dòng)的多重影響，珠江三角洲的水（潮）位、流量、輸沙量等水文泥沙特征和沖淤演變等出現(xiàn)了如下變化趨勢。(1)西、北江各水道及口門水位都不同程度地存在著逐年上升的趨勢，特別是洪水位異常壅高，口門存在潮差減小、漲潮歷時(shí)縮短的趨勢；而東江各水道卻出現(xiàn)逐年下降的現(xiàn)象。(2)徑流量及相應(yīng)分配比東四口門增加、西四口門減少；東江徑流量基本呈減少趨勢；主要分漢口的分流比有所調(diào)整，如馬口、天河減少，而三水、南華增加；與潮差減少相一致，八大口門的納潮量出現(xiàn)減少趨勢。

內(nèi)容概要

　　《珠江口水流泥沙運(yùn)動(dòng)模擬研究》在對歷史及最新實(shí)測水文泥沙資料進(jìn)行分析比較的基礎(chǔ)上，結(jié)合水沙數(shù)學(xué)模型的數(shù)值計(jì)算成果，從特征潮（水）位、流量及分流比、潮量及分配比、輸沙量及分沙比等方面，較系統(tǒng)地研究了洪、枯季和（20、50、100年一遇）設(shè)計(jì)洪峰流量條件下珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)及口門區(qū)的水流懸沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律；同時(shí)從余流、潮動(dòng)能、潮能通量、水沙通量及其變化特征等出發(fā)，較全面地研究了洪、枯季和（20、50、100年一遇）設(shè)計(jì)洪峰流量條件下珠江口及口外海域的水動(dòng)力要素和懸沙時(shí)空分布特征及輸運(yùn)規(guī)律。為了直觀反映珠江三角洲水流泥沙運(yùn)動(dòng)的基本特征，最后對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了可視化研究。

作者簡介

楊明遠(yuǎn)，男，1966年生，高級(jí)工程師，港口與航道（本科）、工業(yè)與民用建筑（碩士）專業(yè)，河海大學(xué)海岸及近海工程專業(yè)博士，廣東省航道局總工程師。曾從事“我國港口發(fā)展與動(dòng)態(tài)”（85科技規(guī)劃）專題研究、樁基承臺(tái)的理論與試驗(yàn)研究、珠江三角洲主要航道水流泥沙動(dòng)力研究等。主持了廣東省交通廳“十五”科技項(xiàng)目“珠江三角洲主要航道潮汐動(dòng)力的變化及其對航道的影響研究”、“珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)及口門區(qū)水流泥沙聯(lián)網(wǎng)數(shù)學(xué)模型研究”、交通部數(shù)字航道示范工程“廣東省西江下游航道航標(biāo)遙測遙控”研究示范項(xiàng)目等，參加了廣東省交通廳“十五”科技項(xiàng)目“廣東省主要航道洪水位變化趨勢研究”、“珠江磨刀門口區(qū)域水流泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律及整治技術(shù)研究”及“數(shù)碼航標(biāo)智能燈的開發(fā)與應(yīng)用研究”等。嚴(yán)以新，男，1949年1月生，博士，教授，博士生導(dǎo)師。1978年畢業(yè)于華東水利學(xué)院（現(xiàn)河海大學(xué)），同年留校任教。1981年獲碩士學(xué)位。1981年9月至1987年8月赴美國佛羅里達(dá)大學(xué)海岸及海洋工程系學(xué)習(xí)，獲博士學(xué)位。原河海大學(xué)副校長，河海大學(xué)科學(xué)研究院院長?，F(xiàn)任中國海洋工程學(xué)會(huì)副理事長，中國海洋學(xué)會(huì)理事，高等學(xué)校水電類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)副主任委員，第十屆全國人民代表大會(huì)代表。先后獲“水利部優(yōu)秀教師”、“江蘇省高?？萍脊ぷ飨冗M(jìn)個(gè)人”稱號(hào)，為水利部高等學(xué)校優(yōu)秀中青年學(xué)科帶頭人，1996年享受政府特殊津貼?？卓。?，1978年12月出生，博士，現(xiàn)為河海大學(xué)教師，主要從事河口及海岸水動(dòng)力、泥沙及環(huán)境方面的數(shù)值模擬研究。主持和參加了渤海灣大連新港碼頭潮流數(shù)值研究、長江口南匯嘴控制工程影響研究、福建省主要海灣（三沙灣）數(shù)模研究、廣東省珠江網(wǎng)河區(qū)及口門外水沙數(shù)學(xué)模型研究、浙江溫州市圍海工程水沙環(huán)境綜合分析等課題，編寫科研報(bào)告20余篇。目前負(fù)責(zé)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金一項(xiàng)，參編規(guī)范和專著各一部，已發(fā)表論文10余篇，其中3篇被SCI、EI檢索收錄。宋志堯，男，1964年8月出生，博士，現(xiàn)為南京師范大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，河海大學(xué)港口海岸及近海工程和物理海洋學(xué)兼職博士生導(dǎo)師。2002年入選江蘇省青藍(lán)工程優(yōu)秀青年骨干教師，2007年入選江蘇省“333”人才培養(yǎng)工程。1985年畢業(yè)于廈門大學(xué)數(shù)學(xué)系，1991年獲河海大學(xué)海岸工程學(xué)碩士學(xué)位，1999年獲港口航道及近海工程學(xué)博士學(xué)位，學(xué)位論文被評為江蘇省第三屆優(yōu)秀博士學(xué)位論文。1996年10月至1996年12月應(yīng)邀赴香港中文大學(xué)地理系進(jìn)行學(xué)術(shù)訪問，2004年4月至2005年3月應(yīng)邀赴澳大利亞昆士蘭大學(xué)環(huán)境系進(jìn)行學(xué)術(shù)訪問及博士后研究。

書籍目錄

第1章　緒論1.1 目的和意義1.2 究內(nèi)容和技術(shù)路線1.3 基礎(chǔ)資料1.4 研究現(xiàn)狀及進(jìn)展1.5 模擬計(jì)算執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)第2章　自然條件2.1 自然地理2.2 洪水2.3 徑流2.4 潮汐與潮流2.5 鹽度2.6 波浪2.7 泥沙第3章　水沙特征及沖淤演變分析3.1 水位3.2 流量3.3 輸沙量3.4 水位、流量和輸沙率3.5 設(shè)計(jì)流量與水位3.6 中淤變化3.7 人類活動(dòng)第4章　二維水流泥沙數(shù)學(xué)模型4.1 水流控制方程4.2 定解條件4.3 求解方法4.4 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格有限體積法4.5 懸沙輸運(yùn)方程4.6 數(shù)值模式4.7 主要參數(shù)第5章　珠江口外海潮波運(yùn)動(dòng)5.1 網(wǎng)格生成技術(shù)5.2 曲線坐標(biāo)系下二維水流方程5.3 數(shù)值求解方法5.4 計(jì)算參數(shù)和初邊值條件5.5 率定和驗(yàn)證5.6 結(jié)果分析第6章　珠江三角洲及口外水沙模擬6.1 研究范圍6.2 基本參數(shù)6.3 率定和驗(yàn)證6.4 計(jì)算方案6.5 結(jié)果初步分析第7章　珠江三角洲水沙輸運(yùn)特征7.1 水位7.2 流量與分流比7.3 輸沙量與分沙比7.4 口門潮量與輸沙量7.5 基本結(jié)論第8章　珠江三角洲口外水沙運(yùn)動(dòng)特征8.1 余流與泥沙輸運(yùn)8.2 能量場8.3 水沙通量8.4 基本結(jié)論第9章　計(jì)算結(jié)果的可視化9.1 Matlab語言簡介9.2 動(dòng)態(tài)演示方式9.3 可視化成果9.4 小結(jié)第10章　結(jié)論與建議10.1 基本結(jié)論10.2 建議參考文獻(xiàn)附錄1 中國近海潮波運(yùn)動(dòng)模型附錄2 模型率定和驗(yàn)證圖附錄3 洪枯季流場和含沙量場圖后記

章節(jié)摘錄

第1章 緒論1.1 目的和意義正是珠江三角洲獨(dú)特的網(wǎng)河形態(tài)，形成了珠江三角洲發(fā)達(dá)的水運(yùn)系統(tǒng)，因此珠江各航道演變一直為各級(jí)航運(yùn)部門所關(guān)注和重視。根據(jù)“粵府[2004]104號(hào)”文件中有關(guān)“廣東省內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展規(guī)劃”的內(nèi)容，在全國規(guī)劃重點(diǎn)建設(shè)的內(nèi)河航道“兩橫一縱兩網(wǎng)”中，廣東省就占了“一橫”（西江航道主干線）和“一網(wǎng)”（珠江三角洲航道網(wǎng)）。廣東省內(nèi)河航道主要分布在珠江水系，共有通航河流865條，通航里程8010 km，占全省通航里程的67.6%，其中珠江三角洲河網(wǎng)通航里程5 823 km，四級(jí)及以上航道里程901 km，分別占全省49%和87%。四江是珠江航道的干線，目前為三級(jí)航道，2000噸級(jí)船舶可通達(dá)肇慶（高要），1000噸級(jí)船舶可通達(dá)廣西梧州：東江、北江已形成六級(jí)或七級(jí)航道。珠江三角洲已初步形成了以通航1000噸級(jí)及以上標(biāo)準(zhǔn)航道為骨干，以四級(jí)航道為基礎(chǔ)，江海直達(dá)、連通港澳的航道運(yùn)輸網(wǎng)。今后的規(guī)劃日標(biāo)如下。(1)完善西江干線主通道，打通出海及與周邊省份相聯(lián)系的水上通道。

后記

本書是交通部“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“珠江三角洲航道網(wǎng)水沙數(shù)學(xué)模型研究”的延續(xù)和深入，通過建立大范圍的珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)及口門區(qū)水流泥沙整體數(shù)學(xué)模型，可為珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)和口門區(qū)航道網(wǎng)的治理規(guī)劃等提供必要的參考。本書由楊明遠(yuǎn)、嚴(yán)以新組織，各章作者如下：第一章，楊明遠(yuǎn)、嚴(yán)以新、宋志堯、賈良文；第二章，嚴(yán)以新、楊明遠(yuǎn)、宋志堯；第三章，宋志堯、嚴(yán)以新、楊明遠(yuǎn)、孔俊、康琮；第四章，宋志堯、孔俊、嚴(yán)以新；第五章，宋志堯、陸衛(wèi)國、茅麗華；第六章至第八章，孔俊、宋志堯、嚴(yán)以新；第九章，嚴(yán)以新、茅麗華、楊明遠(yuǎn)；第十章，楊明遠(yuǎn)、宋志堯、孔俊。全書最終由宋志堯、孔俊編排和統(tǒng)稿。值此機(jī)會(huì)，謹(jǐn)向?qū)Ρ緯诓勺⒕巹?chuàng)的過程中，在搜集文字、圖片資料的過程中，在提供參考資料和制作實(shí)物圖片的過程中，以及在組織、協(xié)調(diào)、交通、通信等方面，提供方便和給予熱心支持的黃祥光、彭鉅新、劉忠華、李瑞香、郁達(dá)、彭士銀、王偉、卜春春、周巖、張紅貴、陶筆奇、張素雅、周海霞、吳婷婷等同仁和研究生，在此一并表示誠摯的謝意！本書寫作和出版受到以下項(xiàng)目的資助：廣東省交通廳“珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)及口門區(qū)水流泥沙數(shù)學(xué)模型研究”（編號(hào)：2005-40）；水利部公益性項(xiàng)目“大江河口濕地演變退化的評價(jià)體系及關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號(hào)：200701026）；水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金“海灘坡度對潮致地下水運(yùn)動(dòng)非線性作用機(jī)理研究”（編號(hào)：2007491211）。國家杰出青年基金“河流、海岸動(dòng)力學(xué)及泥沙研究”（編號(hào)：50425926）。限于筆者水平，書中不妥和錯(cuò)誤之處，懇請讀者批評指正。

編輯推薦

《珠江口水流泥沙運(yùn)動(dòng)模擬研究》主要研究珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)、口門區(qū)及口外海域的水流泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律。并通過資料分析研究表明，受全球氣侯變暖和人類活動(dòng)的多重影響，珠江三角洲的水位、流量等水文泥沙特征和出現(xiàn)的變化趨勢。

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