【摘 要】
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珠江河口是一个复杂的大尺度河口系统,具有独特的河网体系和河口湾,二者通过基岩峡口“门”相互连接。底边界层是指水流结构明显受到底边界影响的水层,它由底部非均匀水流和
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珠江河口是一个复杂的大尺度河口系统,具有独特的河网体系和河口湾,二者通过基岩峡口“门”相互连接。底边界层是指水流结构明显受到底边界影响的水层,它由底部非均匀水流和不规则床底之间的多种相互作用而形成。底边界层的动力结构是能量分配、颗粒物输运和沉积物一水界面物质交换的关键环节。系统研究各种河口动力过程对底边界层流的影响,对于深入理解河口动力结构、动量转换与能量平衡、物质输移,以及河口数值模拟中的参数化等具有重要意义。
针对珠江河口潮流底边界层,选择典型的特征站位进行了系统的底边界层观测,获取了较为完整的水文动力资料。在此基础上,讨论了底边界层特征量各种估算方法的内在差异,研究了底边界层平均流和湍流特征在河口不同系统,以及在潮周期内的变化规律,分析了影响底边界层流结构的动力机制及其动力响应。
研究表明,对于河口潮汐底边界层,非恒定潮汐运动产生的加速(或减速)效应决定了底边界层动力结构。河口底边界层动力结构受到潮汐、风浪、层化、弯道环流等动力因素的影响,其动力特征在时空分布上有显著差异。在空间上,感潮河段中底边界层平均流对数律满足程度要好于河口湾,湍流各向异性程度也相对较低。感潮河段的动量传递效率要比河口湾低一个量级,顺直河道处一阶局部能晕平衡有较好的满足。在时间变化上,憩流阶段流速加速度最大,底边界层平均流形成螺旋流结构,湍流各向异性增强。螺旋流结构的动力机制体现在动量方程中,主流向主要是加速度项和摩擦力项平衡,侧向则是加速度、压力项和摩擦力项平衡。上下层流向存在角度差的动力结构,导致水流产生方向剪切,方向剪切的大小与平均流速和方向角成正比。忽略方向剪切所计算的剪切值要小于实际的剪切效应,其潮内平均相对误差约为30％～60％。
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