一维水域潮波运动非线性和底摩擦效应的探讨

一、前言讨论一维潮波运动,特别是对其非线性和底摩擦效应的探讨,所得的结论有助于推广到二维潮波运动的研究,也可以近似地用来说明某些河口的潮汐现象。 Officer,C.B.引述非线性一维潮波动力学方程,根据口门已知一个分潮求解,得出倍潮波。其中没有考虑底摩擦效应,因此未能解释河口的潮波传播的实际问题。Amin,M.在口门取两个分潮作为已知条件求解,在不考虑摩擦项的情况下得出     

一维水域潮波运动的变浅效应

根据浅水非线性潮波动力学方程，考虑线性变浅的一维水域，采用摄动法求解得到了变浅效应所产生的附加潮彼部分，进而根据所得解的讨论，较详细地揭示了潮波进入浅海后变浅效应的作用下所发生的变化，并得出结论。变浅效应使进入浅海的潮波波速变慢。摩擦效应与变浅效应的相互作用决定了潮被振幅的变化，当变浅效应大于摩擦效应时，潮波振幅增加，且变浅效应越强，潮波振幅增加越大，反之则减小。     

河口均匀流中涌潮波的形式

本文从浅水非线性潮波方程出发,同时考虑摩擦效应和河口径流,求得波阵面直立、涌潮形成的位置。由此分析了浅水非线性效应、摩擦效应以及均匀水流的存在等对涌潮形成的影响。指出,浅水非线性效应是涌潮形成的决定因素,摩擦效应消耗能量对涌潮的形成起抑制作用,而逆向均匀水流的存在则促进河口涌潮波在更短的距离内形成。     

一种变截面河口中潮能的劈分与传输及其对杭州湾潮能估算的应用

本文依据一种变截面河口中潮波传播的解析模式,导出了潮能的计算公式,讨论了潮能的劈分与传输。作为实际例子,利用所得之结果估算了杭州湾四个主要分潮波的能量。其结论是:单位自由表面以下水柱的平均势能和平均动能随着从湾口向里的距离的增加而增加,但前者较后者增加得快;半日潮波平均动能与平均势能之比约为二分之一,而全日潮波的相应比值仅约为十分之一;由湾口输入的总潮能约为3.58×10~6kW,而从澉浦附近断面流出的总能量约为0.49×10~6kW,于湾内耗散的总潮能为湾口输入的86%。     

一种变截面河口中潮位与潮流相位关系的探讨

根据一维线性潮波方程导出了变截面河口中最大潮流与高潮位之间的相位关系,并对其进行了讨论,其中,河口宽度取为B=B₀e-bx深度h=常数.结果表明,在这种变截河口中纯前进潮波的潮流与潮位之间的相位差取决于不同的h、b和频率σ,可以在0-π/2之间变化,而对这种河口中考虑了反射波效应之后的合成潮波,在靠近外海的相当一段距离内也可能出现潮流和潮位之间的相位差小于π/4的情况,这取决于入射波的潮流与潮位之间的相位差以及反射波的衰减情况.因此,在变截面河口中,仅仅根据潮流与潮位之间的相位差接近于零或者接近于π/2来判定潮波是前进波型还是驻波型是值得商榷的.最后,本文提出了一种判定变截面河口中潮波类型的方案.     

台湾海峡及南海东北部潮汐的解析模式

将摩擦力项取为线性形式，联合考虑了科氏力，摩擦力以及非摩擦非线性效应，给出了等深海峡中源潮波及浅水潮波解析形式的解；探讨了各分潮波振幅的分布变化情况，并将本文的解析模式应用于台湾海峡及南海东北部海域；计算了Ｍ２，Ｓ２，Ｍ４和ＭＳ４４个分潮的理论解。与实际观测比较表明，在台湾海峡内，半日潮和四分日潮解析解与实测符合较好；在南海东北部，半日潮波解析解与实差异较大。作者认为这是由于来自吕宋海峡传入的潮波     

珠江“伶仃洋河口湾-虎门-潮汐通道”的潮波传播特征

珠江"伶仃洋河口湾-虎门-潮汐通道"是珠江河口"网-湾"系统中的特殊地貌结构,属潮优型河口,潮波传播受河口湾地形辐聚效应、口门转换效应、潮汐通道辐散效应和底床摩擦等显著影响,其时空变化复杂。本文根据珠江"伶仃洋河口湾-虎门-潮汐通道"的代表潮位站(赤湾、泗盛围和黄埔)1990—2016年逐日高、低潮位资料,采用经典调和分析方法提取出主要天文分潮的调和常数,通过计算获得了分潮振幅梯度及传播速度,并在此基础上分析了伶仃洋河口湾(赤湾-泗盛围)、潮汐通道(泗盛围-黄埔)和总程(赤湾-泗盛围-黄埔)的潮波传播时空特征。结果表明:全日分潮的振幅梯度和传播速度年均变化率均比半日分潮大,其中K_1和O_1分潮的振幅梯度平均每年分别增加9%和18%,传播速度每年均增加1.4%; M_2和S_2分潮的振幅梯度平均每年分别增加3%和6%,传播速度每年均增加1%。人类活动导致地形异变,进而驱动潮波亦发生突变,伶仃洋河口湾和潮汐通道的M_2分潮传播速度突变年份不同,分别为2009年和2000年。潮波传播速度突变后,伶仃洋河口湾、潮汐通道两区段的传播速度和振幅梯度的关系也发生了变化。     

海南岛清澜河口的若干特征

用简单的一维浅水方程,与盐度变化和潮波同相位的长期观测结果验证,对海南岛清澜河口进行分析计算,可以得出它的一些特征。清澜河口虽然处在南海弱潮区,仍是典型的潮汐控制的强混合型;潮波被河口反射形成驻波,因而潮波、流速和盐度存在特殊的关系;盐度值和纵向扩散系数也可以进行估算,得出近乎实测值的结果。     

伶仃洋洪季潮波传播变形及不对称性规律分析

珠江河口伶仃洋水域潮波传播变形及其不对称性关系对河口动力环境和物质输运产生影响。研究根据珠江口伶仃洋及东四口门19个潮位站2011年6月实测逐时潮位, 利用收缩河型沿程潮幅解析理论, 阐释伶仃洋从桂山岛上行沿程潮汐传播规律特征; 在调和分析基础上, 应用偏度理论和分潮组合分析方法, 阐明了伶仃洋东西岸及洪奇门、蕉门内潮汐不对称性分布特征, 对照数值研究结果, 指出伶仃洋至虎门之间水域导致潮汐不对称性的主控因素及响应规律。研究表明, 河口平面形态呈近似指数收缩特征的伶仃洋, 沿程潮幅的变化符合指数收缩型河口波幅解析变化规律, 东岸潮幅高于西岸的主要原因是东岸水深大于西岸, 其次是科氏力影响; 行进潮波虽受地形摩擦耗能及非线性作用下不同频率分潮间能量迁移的影响, 但收缩河口能量汇聚效应可以保证收缩段天文分潮潮幅减缓衰减甚至增加, 半日分潮能量汇聚效果强于全日分潮, 各非线性项作用促使浅水分潮产生并持续增能, 保证一定距离内沿程潮幅的增大; 潮汐不对称性的偏度由湾口落潮占优向湾顶涨潮占优发展, 在伶仃洋中部赤湾至金星港一线转为涨潮占优, 产生该现象的原因是自湾口向湾顶不同频率间天文分潮K₁-O₁-M₂的相互作用, 导致表现为落潮优势潮的不对称性减弱, 而天文分潮M₂和其对应的浅水分潮倍潮M₄组合作用使涨潮优势偏度值的不对称性增强; 收缩河口形态属性要素中, 水深是影响潮不对称性的最主要因素。     

渤海主要浅水分潮的模型研究

采用POM海洋模式模拟了渤海潮汐的主要特征。4个主要天文分潮的计算结果与实测吻合较好,在此基础上进一步探讨了渤海3个主要浅水分潮的基本特征。根据模式计算结果发现:渤海M_4和MS_4潮波传播特征类似,均存在5个潮波系统,其中4个为逆时针旋转,1个为顺时针旋转,与前人的研究成果比较一致。此外,根据浅水分潮和产生浅水分潮的源分潮的关系式推算得到MS_4分潮的振幅和迟角,与直接通过调和分析得到MS_4分潮的振幅和迟角进行对比,结果也是比较符合。针对M_6分潮在渤海传播特征进行分析,发现:本海域存在7个M_6分潮无潮点,其中4个为逆时针旋转,3个为顺时针旋转。计算结果还发现:3个浅水分潮都是在近岸浅水海域振幅相对较大,这显然与浅水分潮的产生机制密切相关。     

长江河口潮波时空特征再分析

长江河口的潮波传播受到近岸及河口浅水地形及长江径流的显著影响,表现出很强的时空变化特征。已有相关研究主要关注徐六泾以下的河口段,还缺少对河口系统的潮波特征分析。本文基于大通、南京、徐六泾和牛皮礁4站的年内连续潮位资料,分析了主要天文分潮和浅水分潮的振幅沿程变化、季节变化特征和规律,认识到洪季大径流对江阴以上的近口段潮汐衰减作用显著大于枯季,而河口段的平均潮差有一定的半年周期变化,年内秋季最大。口内高频浅水分潮振幅在河口下段最大,且洪季大于枯季,低频浅水分潮则在河口上游振幅最大,由此反应径流对潮汐改造的非线性作用。这些认识可为水道航运及相关河口研究提供基础认识。最后本文也指出关于长江河口潮汐特征尚需进一步研究的若干问题,以期下一步工作取得相应进展。     

泉州湾内洛阳江口涨落潮流不对称性的数值研究

应用1个改进的含有动边界技术的河口海岸动力模型模拟了泉州湾洛阳江口的潮汐潮流.结果表明M2分潮在洛阳江口的主河道占据主导地位,但是随着潮波向浅滩的传播,其能量通过海底摩擦作用或非线性耗散作用逐渐转移至浅水潮,其中尤以M4分潮的增长最为显著.浅水分潮的增长又会引起天文分潮涨、落潮流的不对称性.进一步检验洛阳江口的潮流历时（月平均的涨、落潮流历时分别为6 h 1 min 30 s和6 h 19 min 58 s）和潮汐余流特征发现：该水域以涨潮流为主,由此产生的涨、落潮流的不对称可能有利于潮滩的进一步扩展.     

渤海的潮波系统及其变迁

采用二维非线性潮波微分方程对渤海M_2、S_2、K_1、O_1四个分潮进行数值模拟,得出四个分潮的潮波图,椭圆长短轴图,同潮流时图以及潮汐、潮流性质图和S_2与M_2、K_1与O_1的迟角差图。依此可以系统地了解渤海潮波系统的分布变化规律。依据30～40年代测得的渤海海图以及假设数十年后渤海的岸形对渤海进行数值模拟,从而了解过去和现在渤海潮波的变化情况,以及对未来潮波的变化作出判断。计算表明,从30年代到70年代以来,渤海南部的半日分潮波发生了很大的变化,而日分潮的潮波变化较小。     

考虑底摩擦与岛屿影响的渤海潮波计算──渤海潮波计算中对不同形式的方程、底摩擦及岛屿处理之比较

采用二维非线性或线性潮波微分方程和三种不同底摩擦形式，在考虑岛屿或忽略岛屿（线性平滑）两种情况下，分别对渤海单个Ｍ２、Ｓ２、Ｋ１、Ｏ１分潮进行了数值计算。得出了这４个分潮在不同情况下的同期时线和等振幅线图及在部分站位上的调和常数值。计算表明，对渤海Ｍ２、Ｓ２、Ｋ１、Ｏ１单个分潮进行数值计算时，非线性方程中浅水和对流非线性项存在或不存在，对计算结果几乎没有影响，亚网格尺度岛屿对计算结果的影响并不大。用实测资料检验并与已有研究结果比较得出：由于水深过浅，底摩擦形式取非线性比取线性好；忽略尺度比网格尺度小得多的岛屿所得结果更合理，计算也更方便。     

黄茅海河口沿程异常潮差数值模拟研究

通过一维及ECOMSED二维水动力数值模型,分别计算了黄茅海河口潮波传播中的非线性效应和径流对潮波的影响,以及潮能通量和潮能耗散.计算结果表明:1)在潮汐的高潮和低潮时,非线性效应对潮水位的影响较为明显,且越向上游影响越显著;2)当径流量加大到一定程度时,沿程潮差逐渐向上游减小,而当径流较小时,潮差则沿程增大;3)崖门...     

大亚湾海域夏、冬季的潮汐特征及余水位与风的相关性初步探讨

大亚湾及其邻近海域冬、夏季各14个临时水位观测点1个月的实测潮位资料显示:各站的水位曲线均呈现明显的"双峰"现象,且湾顶比湾口更为明显。本文采用了调和分析方法,给出M_2、S_2、K_1、O_1四个主要分潮及M_4、M_6、2MS_6三个浅水分潮的振幅和迟角同潮图,分析大亚湾的主要潮汐特征,探讨了浅水分潮对双峰结构的贡献,并采用交叉谱分析对余水位与风的相关性进行了讨论。结果表明:(1)大亚湾海域各主要分潮振幅均由湾口向湾顶递增;高潮发生时间由湾口向湾顶推迟;涨潮历时均大于落潮历时;平均潮差在湾顶达到最大;(2)大亚湾内属于不正规半日潮,而考洲洋及其湾外海域则属于不正规全日潮;(3)大亚湾内浅水效应明显,从湾口至湾顶,六分之一日分潮的振幅呈5—7倍的增长,主导了大亚湾潮波系统的形变;(4)分潮重构结果显示,四分之一日和六分之一日浅水分潮(尤其是2MS_6分潮)的异常增长,是导致大亚湾潮汐双峰现象的主要原因;(5)冬季大亚湾内各点的余水位与风速呈现正相关,相关系数均在0.53以上;(6)周期为0.45—0.53 d的沿岸风对各站余水位的影响最大。     

珠江河口对外海潮波响应的固有频率研究——采用系统控制论方法

采用受控的自回归滑动平均模型(CARMA)分别研究了珠江河口洪、枯季对外海潮波响应的固有频率。枯季采用单输入单输出模型,洪季采用双输入单输出模型,通过验证、检验表明,模型(CARMA)可用于寻求复杂网河对外海潮波响应的固有频率,方法可靠,易操作。通过频率增益响应分析,发现枯季珠江河口的固有频率以浅水分潮频段为主,对应周期介于6~10.0 h之间,枯季固有频率未出现在全日潮波对应的频段。洪季珠江河口的固有频率也以浅水分潮频段为主,珠江河口对浅水分潮的系统增益响应幅值最大。固有频率接近浅水分潮频段的站点,枯季较洪季固有频率减小,对应周期延长。     

杭州湾潮汐潮流的数值计算

本文应用有限差分方法,对杭州湾的潮汐、潮流进行了数值计算,得到了全日((O_1+K_1)/2)、半日(M_2)和浅水(M_4,M_6)分潮的调和常数。计算结果与实测符合良好。文章根据计算结果描述了杭州湾的潮汐、潮流的分布及其特性。     

大亚湾海域潮位“双峰”现象生成机制研究

大亚湾海域的潮位观测数据呈现出明显的"双峰"现象,在调和分析并选用分潮重构的过程中发现M_6分潮的异常增长是引起大亚湾内部出现该现象的主要原因,并且在湾口至湾顶两个测站之间M_6分潮增长了自身的近两倍。本文首先分析构建的FVCOM数值模型得到的M_6同潮图,发现M_6分潮在计算海域存在两个无潮点,一个位于湾外开边界附近,另一个位于东侧的陆地上,这与矩形等深渠道共振理论中在1/4,3/4处出现无潮点的理论是相符的,只是实际情况中由于浅水效应的影响,湾口处的无潮点被迫转移到陆地上。进一步进行了三组数值实验:改变水深和湾长后,大亚湾内的共振条件被破坏,M_6潮高均显著减小,证明共振效应确实是引起该分潮增大的原因;能量来源实验表明:M_6分潮的成长72%来源于自身成长,4.6%来源于M_2分潮非线性转化,23.4%来源于M_2和M_4分潮相互作用转化;若除去二次底摩擦,M_6分潮就不能通过各种非线性作用攫取能量,共振放大作用也就发挥不了任何作用。     

象山港潮波响应和变形研究 Ⅱ.象山港潮波数值研究

通过象山港水域的潮波运动数值模拟,分析了象山港M4分潮的生成和增长机制．结果说明,潮波传播中的非线性底摩擦效应是M4分潮生成和增长的主要控制因子,M4分潮在湾内的共振现象也起着重要的放大作用二平流效应在绝大部分区域中抑制了M4分潮的发展,只有在佛渡水道中一些岛屿周围极小区域内对M4分潮有增强作用．潮滩在湾内对M4分潮的影响极其微弱．