钱塘江涌湖的特性PDF电子书下载

1 概述 1

1.1　什么是涌潮 1

1.1.1 形态 1

1.1.2 与整体流动的关系 2

1.2　涌潮研究的意义 3

1.2.1　人类生存发展的需要 3

1.2.2　促进精神文化繁荣的需要 4

1.2.3　学科发展的需要 4

1.3　研究方法 4

1.3.1 明确问题 5

1.3.2　观测现象 5

1.3.3　构建和分析模型 5

1.3.4　观测与理论分析的结合 5

1.4　几个约定 6

2　钱塘江涌潮的历史变迁 9

2.1　钱塘江涌潮产生的年代 9

2.2　古代关于钱塘江涌潮的研究 10

2.2.1 关于涌潮成因的研究 10

2.2.2　潮候研究 11

2.2.3 强潮河口特性研究 11

2.3　钱塘江河道的变迁 12

2.4　钱塘江涌潮的变迁 13

2.4.1 涌潮形成地点的变化 13

2.4.2　观潮地点的变化 15

2.4.3 涌潮上溯的距离 17

2.5　涌潮失期 17

2.6　近年一般情况 19

3　钱塘江河口基本情况 22

3.1　概况 22

3.2　水文 23

3.2.1 径流 23

3.2.2 潮汐 24

3.3　河口段河床的特性 30

3.3.1 河口段分区 30

3.3.2 沙坎顶部的变化 31

3.3.3 河道的游荡 31

3.3.4　河口段的演变特点 34

3.4　河口段潮位的变化 34

3.4.1 河口段潮位年内的变化 35

3.4.2　盐官高、低潮位响应曲线 35

3.4.3　年际变化 37

3.4.4　低潮位的变化 38

4　钱塘江涌潮的形成和发展过程 40

4.1　整体情况 40

4.2　采用的资料 40

4.3　涌潮的酝酿阶段 42

4.4　涌潮推进速度和沿程强度变化 44

4.4.1 涌潮沿程强度变化 44

4.5　潮波波形的变化 45

4.5.1 形成以前 46

4.5.2　发展阶段 46

4.5.3　潮位曲线双峰阶段 48

4.5.4 涌潮湮灭以后 49

4.5.5 关于双峰问题 49

4.6　潮流特性 50

4.6.1 流速沿程变化 50

4.6.2　最大流速平面分布的特点 51

4.6.3　可能最大流速 51

5　影响涌潮强度的主要因素 53

5.1　影响涌潮强度的因素分析 53

5.1.1 下游潮汐 53

5.1.2 当时流量 54

5.1.3　河道状况 55

5.2　盐官涌潮强度预报模型 58

5.2.1　指标选取 58

5.2.2　预测模型 58

5.3　定量分析 61

5.3.1　试验方案设计 61

5.3.2　显著性检验 62

5.3.3 主要因素的影响趋势 63

5.4　大规模围涂对涌潮的影响 64

5.4.1 大规模围涂工程实施后，涌潮沿程强度分布趋于稳定，现象整体下移 64

5.4.2 治理后，河口段潮汐特性有所变化 65

5.4.3 盐官站涌潮强度的变化 68

6　涌潮的模型 69

6.1　量阶分析 69

6.2　不同尺度的涌潮模型 70

6.2.1　大尺度模型 72

6.2.2 中尺度模型 72

6.2.3　小尺度模型 72

6.2.4　特殊模型 74

7　浅水流动方程基本性质 75

7.1　浅水流动方程 75

7.2　圣维南（Saint Venant）方程 76

7.3　方程的量阶分析 77

7.4　扰动波的传播规律 77

7.4.1　扰动波传播速度与Froude数 79

7.5　圣维南方程的特征线方程及特征关系 79

7.5.1 特征线方程和特征关系 79

7.5.2　依赖域和决定域 81

7.5.3　超临界流和亚临界流 81

7.6　简单波 81

7.6.1　中心简单波 83

8　涌波的宏观性质 85

8.1　关于间断 85

8.2　涌波前、后水力学参量基本关系 86

8.2.1　涌波关系 86

8.2.2　涌波各参量的表达式 87

8.3　涌波关系曲线 88

8.3.1　关系曲线 89

8.3.2 涌波和特征两种关系曲线的联系 90

8.4　涌波基本性质 91

8.4.1 涌波前、后水流的机械能 91

8.4.2 涌波必是涨潮波 92

8.4.3　涌波行进速度与特征方向的关系 92

8.4.4　涌波前、后水流的流型 93

8.5　浅水流动方程的广义解 94

8.5.1 浅水流动方程的积分形式 94

8.5.2 涌波前后水力学参数的关系 95

8.5.3 圣维南方程不反映涌波近傍的流动特性 96

9　涌潮形成、发展过程的分析 98

9.1　模型方程 98

9.2　浅水分潮的产生 99

9.2.1　摄动方法 99

9.2.2　零阶方程的解 100

9.2.3　一阶方程的解 100

9.3　行进波 102

9.3.1 特征线方程和特征关系 102

9.3.2　行进波的解 102

9.4　涨潮波与落潮波 104

9.4.1 潮位的涨率及潮波的陡度 104

9.4.2　涨潮波与落潮波 104

9.4.3　涨潮历时的变化 106

9.5　间断的形成 109

9.5.1 关于间断的方程 109

9.5.2 关于涌潮形成原因的讨论 110

9.6　涌潮运动整体分析 111

9.6.1 沿程潮位曲线的变化 111

9.6.2 关于涌波位置的方程 113

9.6.3 涌波对潮波的影响 113

9.6.4　波前、后流动对涌波的影响 115

9.7　定性分析方法：图解法 116

9.7.1 涌潮追赶落潮波（？）问题 116

9.7.2 落潮波弱，涌波强 118

9.7.3 落潮波强，涌波弱 118

10　涌潮形成的条件 119

10.1　基本方程及其特征线解 119

10.2　潮波在传播过程中波幅的变化 120

10.3　关于涌潮形成长度的方程 123

10.4　涌潮形成的条件 123

10.5　一些实例 124

10.5.1 盐官（2000年） 124

10.5.2 陈文港（1946年） 126

10.5.3　长江口北支 126

10.6　发生涌潮河口的特点和类型 127

10.6.1 涌潮的地理分布 127

10.6.2　发生涌潮的河口特点 130

10.6.3　发生涌潮的河口类型 130

11　涌波的反射、交叉和分解 135

11.1　涌波的对碰和追赶 135

11.1.1 两股正涌波的对碰 135

11.1.2 涌波在刚体壁面上的正反射 137

11.1.3 两股涌波的追赶 139

11.2　斜涌波的性质 141

11.2.1　斜涌波基本关系 141

11.2.2　涌波折射现象 143

11.2.3　波后流速矢端图 143

11.2.4　波后流型的变化 144

11.3　斜涌波的碰撞和反射 145

11.3.1　碰撞和反射现象 145

11.3.2 交叉潮的形成 146

11.3.3 涌波的斜反射 148

11.3.4　马赫反射 148

11.4　初始间断分解问题 152

11.4.1　流动分析 152

11.4.2　问题的解 152

11.4.3 溃坝波问题的解 155

11.4.4　二维间断的分解 157

12　涌波的形态 159

12.1　浅水流动高阶方程 159

12.1.1 压力分布的高阶近似公式 160

12.1.2　压力梯度表达式 161

12.1.3 浅水流动高阶方程 162

12.2　波状涌潮分析 162

12.2.1 波架坐标系下的涌潮方程 162

12.2.2　方程的无量纲形式 163

12.2.3 方程（12-18）的解 163

12.2.4　讨论 164

12.3　涌潮形态的数值模拟 165

12.3.1 方法 165

12.3.2　耗散系数α 166

12.3.3　与试验数据的比较 167

12.4　涌潮的局部形态分析 169

13　大尺度涌潮数值模型 171

13.1 概述 171

13.1.1 数值模拟是涌潮研究的重要方法 171

13.1.2　数值模拟的局限 171

13.1.3　关于大尺度涌潮数值模型 172

13.1.4　有限体积法 173

13.2　Godunov计算格式的基本思路 174

13.2.1　Godunov格式 174

13.2.2　Riemann问题中源项的处理 175

13.2.3 式（13-7）中的源项处理办法 176

13.3　二维流动的Godunov格式 176

13.3.1 法向通量计算方法 176

13.3.2　底坡源项离散方法 177

13.3.3 活动边界的处理 179

13.4　算例：钱塘江涌潮数值模拟（Godunov格式） 180

13.4.1 地形概化及水文资料 180

13.4.2　模拟结果 180

13.4.3　无结构网格 185

14　涌波数值模型 187

14.1　概述 187

14.2　VOF方法 187

14.2.1 流场分析 188

14.2.2 自由表面位置调整 191

14.2.3　求解步骤 193

14.2.4　稳定性条件 194

14.2.5 涌波的数值生成 194

14.3　涌波翻越丁坝过程以及上游河床冲刷强度分析 198

14.3.1 涌波翻越丁坝过程的模拟 198

14.3.2　冲刷强度指标的选择 198

14.3.3　试验结果及分析 200

参考文献 202

附录　浅水流动方程 207

F.1　流体力学基本方程 207

F.2　方程沿水深的积分 208

F.3　静水压力分布律及浅水流动方程 210

F.4　实际河道的一维浅水流动方程 211