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【摘 要】论文主要对黄河入海泥沙输运以及沉积过程进行数值模拟，首先进行了数值模拟方法的概述，而后模拟计算了黄河入海泥沙悬移输砂率和悬移输运沉积效应。
【Abstract】The paper mainly carries on the numerical simulation to the transportation and the deposition process of the sediment from Yellow River. First， a numerical simulation method is presented， then the suspedded sedimet discharqe and the sedimentation effect of the suspended sediment transport were calculated.
【关键词】泥沙输运；泥沙沉积；数值模拟
【Keywords】sediment transport； sediment deposition； numerical simulation
【中图分类号】U212.23 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）07-0162-02
1 引言
黄河发于青藏高原，流域面积达到了7.52×105km2，干流全长则达到了近5500km，为我国第二长的河流[1]。对黄河入海泥沙输运以及沉积过程进行科学的数值模拟，在一定程度上可以明确侵蚀/沉积效应，丰富相关研究理论，为发展沿海经济作出积极贡献。
2 数值模拟方法概述
2.1 模式基本方程
本文在对黄河入海泥沙输运及沉积过程展开数值模拟时，采用了可以专门对不同水体流体动力，以及输运过程进行模拟的ECOMSED模式，并且将其作为了数值模拟的初始模型。该模式主要包括了ECON和SED两个部分，其中，ECON能够设置湍流和自由水位、温度、密度、研读、三方向速度分量两个主要特征，将二者作为预报变量，SED这一物质输送数值模拟系统，融合了沉积动力学的相关知识，能够对非粘性和粘性的沉积物输运、沉积、再悬浮整个过程进行显示，而后可以对分层深度内的悬浮泥沙度进行准确计算。
根据上述理论形成的黄河入海泥沙输运控制公式主要为三维输运控制方程：
在该公式当中，C表示黄河入海泥沙的颗粒浓度、U表示x方向上水体流速、V表示y方向上水体流速、W表示z方向上水体流速、AH表示水平涡扩散率、KH表示垂向涡扩散率、WS表示黄河入海泥沙颗粒沉降速度[2]。
2.2 初始和边界条件
本文在对黄河入海泥沙悬移输砂率及通量进行数值模拟前，需要对数值模拟的初始条件与边界条件进行划分和明确。在此方面，本次数值模拟计算的网格由莱州湾南岸起，东至渤海海峡，西至渤海西岸，北至辽东湾顶。数值模拟实验最初的计算时间设定为2013年1月1日，实验结束时间为2014年12月12日。初始流的场设为静止状态，鉴于本次实验主要进行数值模拟诊断计算，因而将温盐场设为定值，并在实验中将黄河入海径流与初始的泥沙浓度确定为边界条件。除此以外，本文的相关研究当中在渤海海峡边界，并未按照实际自然边界进行设定，采用了理想化的水平海岸线与122.25°E经线之间的部分当做开边界进行了处理。开边界潮高、幅角均由分潮参数进行计算获得，且得出结果后根据具体需要作出调整。
3 黄河入海泥沙悬移输运过程时空特征
研究的过程中为了对黄河入海泥沙长期的悬浮输运情况作出清晰的了解，根据上述模式基本方程、初始条件和边界条件进行了2013—2014年全年的黄河入海泥沙浓度变化情况数值模拟。此处以2013年的数值模拟结果分析为例：①黄河入海泥沙输运扩散过程在忽略悬浮作用的情况下，会受到季节变化的明显影响。②2013年1月1日至1月15日的黄河入口泥沙投放当中，主要集中地区为黄河口、莱州湾，并且随着时间的变化逐渐运输至渤海海峡。③2013年1月15日至4月15日期间，黄河入海泥沙逐渐并且继续扩散至莱州湾方向，并且发生少量泥沙流入黄海北部的情况，亦出现一部分泥沙流入渤海湾南岸的情況。④2013年4月15日至7月15日，黄河入海口的泥沙经过渤海湾开始逐渐向渤海西海岸以及北海岸进行扩散输运。⑤2013年7月15日至9月15日，黄河入海泥沙在辽东湾地区的浓度变化并不十分明显，但是泥沙浓度高值区却出现在了渤海中部海盆地区，由此形成了渤海海盆、黄河口两个主要泥沙扩散中心。
4 黄河入海泥沙悬移输运沉积效应
对黄河入海泥沙悬移输运沉积效应进行分析的主要目的在于，更加充分且详细的了解黄河泥沙进入到渤海以后，不同输运扩散轻度和季节变化之间的关系。本文主要选取了6个短片进行悬移泥沙输送量的分析，确定北向与动向通量为正矢量方向，南向和西向为负矢量方向：？准=CVS=CVH×H1
注：C表示泥沙浓度；V表示水平速度；S表示侧面积；H和H1表示垂直深度与水平宽度。
表1为忽略再悬浮作用的情况下，2014年渤海各个断面的黄河入海泥沙输送通量情况，据此可以分析黄河口附近各个断面泥沙输运沉积情况：
由上述数据可以发现，不计算再悬浮作用的情况下，断面1-3泥沙悬浮输运沉积分别出现了39.26%、54.21%和6.53%的输送，而断面4-6泥沙悬浮输运沉积则分别出现了8.12%、22.33%和69.55%的输送。整体上堆积在黄河水下三角洲外。若按照季节进行分析则可以发现，夏季和秋季的泥沙运输量相对比较大，冬季的泥沙运输量比较小，与黄河径流存在密切关联。
5 结论
综上所述，黄河入海口泥沙悬移扩散的过程与季节存在着密切的关联，每年各个月份的泥沙悬浮输运浓度基本上分布在具有较强潮流能量的海域，且流速越大的情况下泥沙浓度越高，产生的泥沙沉积越严重。根据该结果可以制定黄河入海口泥沙输运管理与控制措施，在加以合理利用的情况下促使该区域经济健康发展。
【参考文献】
【1】邢国攀，宋振杰，张勇，等.黄河钓口河口行水期泥沙输运过程的三维数值模拟[J].海洋地质与第四纪地质，2016，05（06）：21-34.
【2】曾明，孙效功，范德江.黄河调水调沙期间入海泥沙沉积动力过程的数值模拟[J].中国海洋大学学报（自然科学版），2017，04（10）：81-92.
【Abstract】The paper mainly carries on the numerical simulation to the transportation and the deposition process of the sediment from Yellow River. First， a numerical simulation method is presented， then the suspedded sedimet discharqe and the sedimentation effect of the suspended sediment transport were calculated.
【关键词】泥沙输运；泥沙沉积；数值模拟
【Keywords】sediment transport； sediment deposition； numerical simulation
【中图分类号】U212.23 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）07-0162-02
1 引言
黄河发于青藏高原，流域面积达到了7.52×105km2，干流全长则达到了近5500km，为我国第二长的河流[1]。对黄河入海泥沙输运以及沉积过程进行科学的数值模拟，在一定程度上可以明确侵蚀/沉积效应，丰富相关研究理论，为发展沿海经济作出积极贡献。
2 数值模拟方法概述
2.1 模式基本方程
本文在对黄河入海泥沙输运及沉积过程展开数值模拟时，采用了可以专门对不同水体流体动力，以及输运过程进行模拟的ECOMSED模式，并且将其作为了数值模拟的初始模型。该模式主要包括了ECON和SED两个部分，其中，ECON能够设置湍流和自由水位、温度、密度、研读、三方向速度分量两个主要特征，将二者作为预报变量，SED这一物质输送数值模拟系统，融合了沉积动力学的相关知识，能够对非粘性和粘性的沉积物输运、沉积、再悬浮整个过程进行显示，而后可以对分层深度内的悬浮泥沙度进行准确计算。
根据上述理论形成的黄河入海泥沙输运控制公式主要为三维输运控制方程：
在该公式当中，C表示黄河入海泥沙的颗粒浓度、U表示x方向上水体流速、V表示y方向上水体流速、W表示z方向上水体流速、AH表示水平涡扩散率、KH表示垂向涡扩散率、WS表示黄河入海泥沙颗粒沉降速度[2]。
2.2 初始和边界条件
本文在对黄河入海泥沙悬移输砂率及通量进行数值模拟前，需要对数值模拟的初始条件与边界条件进行划分和明确。在此方面，本次数值模拟计算的网格由莱州湾南岸起，东至渤海海峡，西至渤海西岸，北至辽东湾顶。数值模拟实验最初的计算时间设定为2013年1月1日，实验结束时间为2014年12月12日。初始流的场设为静止状态，鉴于本次实验主要进行数值模拟诊断计算，因而将温盐场设为定值，并在实验中将黄河入海径流与初始的泥沙浓度确定为边界条件。除此以外，本文的相关研究当中在渤海海峡边界，并未按照实际自然边界进行设定，采用了理想化的水平海岸线与122.25°E经线之间的部分当做开边界进行了处理。开边界潮高、幅角均由分潮参数进行计算获得，且得出结果后根据具体需要作出调整。
3 黄河入海泥沙悬移输运过程时空特征
研究的过程中为了对黄河入海泥沙长期的悬浮输运情况作出清晰的了解，根据上述模式基本方程、初始条件和边界条件进行了2013—2014年全年的黄河入海泥沙浓度变化情况数值模拟。此处以2013年的数值模拟结果分析为例：①黄河入海泥沙输运扩散过程在忽略悬浮作用的情况下，会受到季节变化的明显影响。②2013年1月1日至1月15日的黄河入口泥沙投放当中，主要集中地区为黄河口、莱州湾，并且随着时间的变化逐渐运输至渤海海峡。③2013年1月15日至4月15日期间，黄河入海泥沙逐渐并且继续扩散至莱州湾方向，并且发生少量泥沙流入黄海北部的情况，亦出现一部分泥沙流入渤海湾南岸的情況。④2013年4月15日至7月15日，黄河入海口的泥沙经过渤海湾开始逐渐向渤海西海岸以及北海岸进行扩散输运。⑤2013年7月15日至9月15日，黄河入海泥沙在辽东湾地区的浓度变化并不十分明显，但是泥沙浓度高值区却出现在了渤海中部海盆地区，由此形成了渤海海盆、黄河口两个主要泥沙扩散中心。
4 黄河入海泥沙悬移输运沉积效应
对黄河入海泥沙悬移输运沉积效应进行分析的主要目的在于，更加充分且详细的了解黄河泥沙进入到渤海以后，不同输运扩散轻度和季节变化之间的关系。本文主要选取了6个短片进行悬移泥沙输送量的分析，确定北向与动向通量为正矢量方向，南向和西向为负矢量方向：？准=CVS=CVH×H1
注：C表示泥沙浓度；V表示水平速度；S表示侧面积；H和H1表示垂直深度与水平宽度。
表1为忽略再悬浮作用的情况下，2014年渤海各个断面的黄河入海泥沙输送通量情况，据此可以分析黄河口附近各个断面泥沙输运沉积情况：
由上述数据可以发现，不计算再悬浮作用的情况下，断面1-3泥沙悬浮输运沉积分别出现了39.26%、54.21%和6.53%的输送，而断面4-6泥沙悬浮输运沉积则分别出现了8.12%、22.33%和69.55%的输送。整体上堆积在黄河水下三角洲外。若按照季节进行分析则可以发现，夏季和秋季的泥沙运输量相对比较大，冬季的泥沙运输量比较小，与黄河径流存在密切关联。
5 结论
综上所述，黄河入海口泥沙悬移扩散的过程与季节存在着密切的关联，每年各个月份的泥沙悬浮输运浓度基本上分布在具有较强潮流能量的海域，且流速越大的情况下泥沙浓度越高，产生的泥沙沉积越严重。根据该结果可以制定黄河入海口泥沙输运管理与控制措施，在加以合理利用的情况下促使该区域经济健康发展。
【参考文献】
【1】邢国攀，宋振杰，张勇，等.黄河钓口河口行水期泥沙输运过程的三维数值模拟[J].海洋地质与第四纪地质，2016，05（06）：21-34.
【2】曾明，孙效功，范德江.黄河调水调沙期间入海泥沙沉积动力过程的数值模拟[J].中国海洋大学学报（自然科学版），2017，04（10）：81-92.