【摘要】：來自河流的淡水和海洋的鹽水在河口處相遇,由于密度的差異,導致密度流產生。密度較大的海水從水體下層向陸侵入,密度較小的河水從水體上層流向大海,由此水體形成垂向分層。鹽水楔是一種典型的高分層狀態(tài),鹽水楔的存在及其運動和動力的特性極大影響著河口區(qū)域的泥沙懸浮、輸運和沉積。對其內部動力機制進行探索,有助于我們加深對河口地區(qū)泥沙輸運特征的認識,從而分析河口區(qū)域環(huán)境變化的根本原因。本文通過物理試驗對鹽水楔條件下河口泥沙運動的動力過程進行研究,先在實驗室靜水和水槽動水的條件下利用高精度儀器剖面流速儀(ADVP)進行懸沙濃度聲學反演分析,驗證儀器聲強信號(AMP)值與泥沙濃度的關系。而后建立上游徑流為渾水,下游鹽水入侵的矩形水槽物理實驗系統(tǒng),利用反演后的儀器ADVP和點式流速儀(ADV)同步測量流速和聲強信號(AMP)值,設計不同水深、鹽水流量、渾水流量和采樣頻率條件下的實驗工況,分析鹽水楔入侵過程中的懸沙濃度變化,并計算紊動參數(shù)說明懸沙濃度變化的原因,得到懸沙在鹽水環(huán)境下的濃度變化規(guī)律。主要的研究內容及成果如下:(1)在聲學反演分析中,儀器測得的聲強信號(AMP)值與渾水泥沙濃度正相關,并提出在靜水條件下用AMP值反演泥沙濃度的經(jīng)驗公式。通過驗證,公式在小泥沙濃度(0.3g/L)的情況下,有很好的適應性。(2)基于水槽實驗,得出鹽水楔入侵中會引起鹽淡水交界處附近出現(xiàn)渾水泥沙濃度增大的現(xiàn)象,但影響范圍有一定界限,約為交界面附近1cm左右,并可以持續(xù)一段時間。同時,對于小泥沙濃度,ADVP儀器聲強信號的測量結果優(yōu)于ADV儀器。(3)通過紊動特征值的計算和分析,得出在鹽水楔的鹽淡水交界面處泥沙濃度增大的主導的動力作用為垂向流速剪切。它產生的大尺度渦旋,促進紊動向上輸運,故顆粒濃度在鹽水楔界面附近受紊動作用而明顯增加。上層泥沙雖然逐漸沉降,接近鹽水楔界面時卻因交界面的小尺度紊動而保持懸浮,使沉降減弱,從而觀察到鹽淡水交界面附近濁流泥沙濃度上升。同時高剪切的出現(xiàn)并不一定意味著紊動耗散的增加,其產生的大尺度渦旋有利于顆粒懸浮,但小尺度渦旋并沒有明顯增加或發(fā)育,可知泥沙濃度增大后持續(xù)一段時間,再回到鹽水未到時的大小的原因是濁流本身小尺度渦旋的紊動。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TV148
【圖文】：

研究路線示意圖

2.1 水槽實驗系統(tǒng)本文實驗在珠江水利委員會珠江水利科學研究院里水實驗基地進行。水槽全長 5m高 20cm，寬 20cm，水槽底部距地面 1m，以有機玻璃作為水槽材料，接頭處用玻璃膠粘連，實驗水槽模型示意圖如圖 2-1 所示。水槽左側為出水口，利用 4 塊寬約 3cm 的擋板調節(jié)水槽水深；水槽右側為進水口有適當長度的消能段，采用碎石，細砂和消能網(wǎng)三層結構進行消能，目的是盡可能減小進水口紊動，使進入測量段的水流盡量平穩(wěn)；在水槽外放置兩個大桶，分別配置鹽水和泥沙渾水。渾水從渾水桶由抽水泵抽吸到進水口進入水槽，流速由浮子流量計控制；鹽水桶放置在高處，利用虹吸原理，將鹽水從鹽水桶虹吸到如圖 2-1 所示的鹽水進口處，此處鹽水的流量也同樣用浮子流量計控制，簡單模擬鹽水入侵。為保證水槽中鹽水只在密度差作用下入侵，在調節(jié)水深的擋板上加上蓋板，從底部進入水槽的鹽水在接觸蓋板后，向上流速減小為 0，只有密度差作用讓鹽水前進。

【參考文獻】

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本文編號：2723081