祖永恒，卢 鹏，王庆凯，李志军，吴 岩，李 博

（大连理工大学 港口海岸及近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024）

1 研究背景

流体分层是自然界普遍存在的一种现象，包括大气分层和水体分层。流体分层主要受其温度和密度的控制，在以密度为主导的分层环境中，物体在流体中的相对运动会呈现出不同于均匀流的动力特性。例如，河口附近由于海水和淡水的密度差异会形成一个切变锋面，锋面上层是淡水层，下层是海水层，这对通行的船舶以及寒区河冰的运动都有重要影响［1-3］。冰盖或冰塞等对上层流体的扰动会在流体分界面激起内波，内波同时又会改变冰盖或冰塞受到的拖曳力，从而进一步影响冰塞的堆积演变。王军等研究了均匀流体条件下直槽中冰塞的形成机理，并给出了试验条件下不同冰塞形成机制的临界弗劳德数Frc范围在0.12～0.13［4］。寒区水库解冻初期的水温分布差异也会引起表层的浮力流动现象，对水库的冰情、下泄水温造成影响［5］。李嘉等使用二维水库水温模型分析了水库的分层流场和温度场的耦合规律［6］；郑铁钢等采用量纲分析方法研究了水温分层对水库下泄水温的影响［7］。但是寒区水库中冰凌冰塞的产生也会改变分层流体的水动力情况，进而也会对水库下游取水的水温、水质造成影响，针对这方面的相关研究有待深入。

海洋中的流体分层现象也较为普遍，特别是近年来北极夏季海冰加速融化，导致海洋盐跃层变浅甚至在海冰边缘区和冰脊深度达到同一量级，此时海冰运动激发界面内波将会对冰脊拖曳力造成不可忽略的影响［8-10］，甚至发生死水现象［11］。……