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1 引言 1

1.1 目标与内容范围 1

1.1.1 过程 1

1.1.2 历史演变 2

1.2 挑战 2

1.2.1 科技进展 2

1.2.2 关键问题 3

1.3 内容 4

1.3.1 顺序 4

1.3.2 潮动力 4

1.3.3 潮流 4

1.3.4 咸潮入侵 4

1.3.5 泥沙情势 6

1.3.6 同步河口：动力学、咸潮入侵和测深学 7

1.3.7 同步河口：泥沙捕获和分选-稳定形态学 8

1.3.8 可持续发展战略 8

1.4 模拟与观测 9

1.4.1 模拟 9

1.4.2 观测 10

1.5 公式和理论框架小结 11

附录1A 12

1A.1 潮汐的形成 12

1A.2 不旋转的地球 13

1A.3 旋转地球 13

1A.4 赤纬 14

1A.5 椭圆轨道 14

1A.6 太阳引力和月球引力的相对大小 14

1A.7 平衡成分 14

1A.8 旋转潮波 14

1A.9 月分潮、双周分潮和1/4分潮 14

参考文献 15

2 潮汐动力学 17

2.1 引言 17

2.2 运动方程 17

2.3 河口局部潮汐响应 19

2.3.1 线性解 19

2.3.2 同步河口解 20

2.4 河口整体潮汐响应 23

2.4.1 宽度和深度随距离X的幂值发生变化（Prandle和Rahman，1980年） 23

2.4.2 深度和宽度呈指数形式变化（Hunt，1964年；Prandle，1985年） 25

2.5 二次摩擦项的线性化 27

2.5.1 单组分 27

2.5.2 双组分 27

2.5.3 三角横截面 28

2.5.4 Q因子（Garrett和Munk，1971年） 28

2.6 高次谐波和余流 29

2.6.1 三角法 29

2.6.2 潮汐方程中的非线性项 30

2.6.3 退潮-涨潮的不对称性 31

2.7 风暴潮-潮汐的相互作用 31

2.8 小结及应用指导 32

参考文献 33

3 潮流 36

3.1 引言 36

3.1.1 对流项 37

3.1.2 密度梯度 37

3.1.3 风场作用 37

3.1.4 方法 37

3.2 二维潮流结构（X-Z） 38

3.2.1 二维解析解 38

3.2.2 与观测值的比较 39

3.2.3 涡流黏度公式，斯特罗哈数（Strouhal number） 40

3.3 三维潮流结构（X-Y-Z） 42

3.3.1 潮汐椭圆的顺时针分量和逆时针分量 43

3.3.2 三维解析解 43

3.3.3 对摩擦系数和涡流黏度的敏感性 44

3.3.4 对纬度的敏感性 45

3.3.5 从水面到河床的潮流椭圆变化 47

3.3.6 潮间带的海流 48

3.4 余流 48

3.4.1 风生流 48

3.4.2 潮汐余流 49

3.5 小结及应用 51

附录3A 52

3A.1 潮流椭圆 52

附录3B 53

3B.1 湍流模型 53

参考文献 54

4 咸潮入侵 57

4.1 引言 57

4.1.1 分类体系 57

4.1.2 河口混合 59

4.1.3 目前的方法 60

4.2 潮流结构：径流、混合和分层咸潮入侵 61

4.2.1 径流Q的潮流结构 61

4.2.2 充分混合条件下水平密度梯度的潮流结构 62

4.2.3 双层密度情势下的潮流结构 63

4.2.4 表层恒定风力τw时的潮流结构 64

4.2.5 垂向盐度结构的时间平均值（混合型） 65

4.2.6 小结 65

4.3 咸潮入侵距离 65

4.3.1 试验推导 65

4.3.2 根据速率组分的推导结论 66

4.3.3 分层“盐水楔”的入侵距离 66

4.3.4 咸潮入侵距离的均值LI 67

4.3.5 咸潮入侵的轴向位置 68

4.4 潮汐张力和对流倾覆 69

4.4.1 混合率 70

4.4.2 模拟方法（Prandle，2004年） 70

4.4.3 模型组成 71

4.4.4 模拟结果 71

4.4.5 不同河口条件下的模型应用 72

4.4.6 混合过程 75

4.5 分层 75

4.5.1 流量比FR 75

4.5.2 所需能量和时间 76

4.5.3 理查逊数（Richardson number） 76

4.5.4 分层数 76

4.5.5 垂向盐度差 77

4.6 小结及应用 77

附录4A 79

4A.1 年温度周期 79

4A.2 海面热量交换 80

4A.3 垂向混合水体的解析解 81

4A.4 大气-海洋耦合模型 82

4A.5 大气模型——太阳能入射、反射、吸收和辐射 83

4A.6 全球通用表达式 84

参考文献 86

5 泥沙情势 89

5.1 引言 89

5.1.1 沉积动力学 89

5.1.2 模拟 89

5.1.3 方法 90

5.2 侵蚀 91

5.2.1 大小潮周期 91

5.2.2 浅水断面的侵蚀量 92

5.2.3 对流效应 93

5.3 沉积 93

5.3.1 对流沉降和湍流悬浮（佩克莱特数） 93

5.3.2 底部边界条件 93

5.4 悬沙浓度 94

5.4.1 泥沙浓度分布的时间序列 94

5.4.2 指数沉积、悬浮泥沙的半衰期（t50） 95

5.4.3 悬浮泥沙的垂向分布 96

5.5 连续潮流周期中的悬浮泥沙时间序列 97

5.6 悬浮颗粒物（SPM）的实测和模拟时间序列 98

5.6.1 观测技术 98

5.6.2 实测时间序列 99

5.6.3 模拟时间序列 100

5.7 小结及应用 102

5.7.1 泥沙悬浮 103

5.7.2 沉积 103

5.7.3 SPM的潮汐谱 103

附录5A 104

5A.1 泥沙悬浮的解析表达式 104

5A.2 扩散方程 104

5A.3 解析解 105

5A.4 表层（z＝1）边界条件 105

5A.5 河床边界条件（z＝2、4、6等） 106

参考文献 107

6 同步河口：动力学、咸潮入侵与测深学 109

6.1 引言 109

6.2 潮汐动力学 109

6.2.1 同步河口法 109

6.2.2 一维动量、连续方程的解析解（Prandle，2003年） 110

6.2.3 潮流、河口长度和深度剖面的显式公式 111

6.2.4 河床摩擦系数的敏感性（f） 112

6.2.5 同步河口的筛选率 112

6.3 咸潮入侵 113

6.3.1 分层水平和冲刷时间 113

6.3.2 混合区位置，与径流量有关的余流 114

6.4 河口测深学：理论 115

6.4.1 潮汐动力与分层影响的形态带 115

6.4.2 河口水深：径流流量的函数 116

6.5 河口测深：对观测值的理论评估 117

6.5.1 数据分析 119

6.5.2 形态理论与观测 119

6.5.3 河口正常运转的最小水深和流量 120

6.5.4 河口间距 121

6.6 小结及应用 121

参考文献 123

7 同步河口：泥沙捕获与分选-稳定形态学 125

7.1 引言 125

7.1.1 研究进展 125

7.1.2 研究方法 126

7.2 潮动力、咸潮入侵和径流 128

7.2.1 一维潮汐扩散解析解 128

7.2.2 咸潮入侵 129

7.2.3 径流 129

7.3 泥沙动力学 129

7.3.1 泥沙悬浮、侵蚀、沉积及其垂直剖面 130

7.4 泥沙浓度及其通量的分析模拟器 131

7.4.1 侵蚀速率组分 131

7.4.2 悬浮泥沙质量 131

7.4.3 净泥沙通量 132

7.5 净泥沙通量中各组分的贡献 133

7.5.1 泥沙通量组分：径流量、盐度和潮流 133

7.5.2 零净泥沙通量的条件 135

7.5.3 对沉降速率Ws的敏感性 136

7.5.4 对河床摩擦系数f和沉降速率Ws的敏感性 136

7.6 泥沙的输入或输出 137

7.6.1 对于半衰期t50和潮位、潮流间相位差θ的敏感性 138

7.6.2 泥沙捕获与最大浑浊带 139

7.6.3 关于潮汐动能学 139

7.7 河口类型学 140

7.7.1 测深学 140

7.7.2 泥沙情势 141

7.8 小结及应用 142

7.8.1 各组分贡献和敏感性分析 143

7.8.2 零净泥沙通量条件（即测深稳定） 143

7.8.3 泥沙净输入-输出变化：小潮到大潮、粗颗粒泥沙到细沙、口门到河口顶点 143

7.8.4 类型体系 144

参考文献 144

8 可持续发展战略 147

8.1 引言 147

8.2 默西河口（Mersey Estuary）的模型研究 147

8.2.1 默西河（The Mersey）的潮汐动力、泥沙组成和地形演变 148

8.2.2 模拟方法 150

8.2.3 非黏性泥沙的拉格朗日随机游走颗粒模块 151

8.2.4 沉降速率模拟，Ws＝0.005m/s和0.0005m/s 151

8.2.5 对泥沙粒径的敏感性 153

8.2.6 对模型参数的敏感性 155

8.2.7 小结 156

8.3 全球气候变化（GCC）的影响 157

8.3.1 潮汐和涌浪高度的影响 157

8.3.2 测深调整 158

8.3.3 2100年平均海平面（msl）和径流量的变化：深度、宽度和长度变化 159

8.3.4 对潮流、分层、盐度、冲刷和泥沙的影响 160

8.4 建模、观测和监测方法 160

8.4.1 建模 160

8.4.2 观测 160

8.4.3 监测 161

8.5 总结及应用 161

8.5.1 挑战 161

8.5.2 模拟案例分析 162

8.5.3 战略规划 162

8.5.4 全球气候变化（GCC）的影响 163

附录8A 163

8A.1 业务化海洋学 163

8A.2 预测、临近预报、后报和数据同化 163

8A.3 模型更新换代 164

8A.4 预报 165

参考文献 165