围填海工程对澳门及附近海域水动力影响研究

基于长序列潮位资料,采用调和分析和MK检验方法分析了澳门水域及附近海域历史潮波特性,并建立大范围二维潮流数学模型,以珠澳人工岛及澳门新城A区等大型工程为研究对象,研究人类活动影响下的澳门及附近海域水动力变化特征。研究表明,澳门站的年平均高、低潮位在2005—2008年间发生突变,与岸线变化强度的增大存在直接关系;随着澳门围填海强度逐渐减弱,浅水影响系数逐渐减小,涨落潮历时差逐渐减小;1986—2019年间澳门水域潮位变化幅度较小,十字门水道附近涨落潮历时比由1.16增加至1.19,澳门水域涨落潮不对称现象由上游向外海逐渐减小。围填海工程导致澳门水道潮量减小,涨落急流速普遍减小,澳门新城A区人工岛及珠澳口岸工程附近产生雍水现象,流速亦呈减小趋势;围填海工程使得澳门岸线由曲折变为平缓,使得澳门水域内余流略微减小。     

金塘岛北部海域地形变化对水动力环境的影响

浙江舟山金塘岛北部围填海工程使其周边海域的地形产生了较大的变化。本文利用数值模拟方法研究了该围填海工程引起的地形变化对金塘岛周边海域的潮流、余流以及泥沙冲淤的影响。研究结果表明：地形变化对沥港水道影响较大,水道北部入口位置向北移,入口处流速明显增大,涨急流速由0.50 m/s增强为0.92 m/s,增强了84%,落急流速由0.30 m/s增强为0.53 m/s,增强了77%,余流流速由0.05 m/s增强为0.12 m/s,增强了140%;沥港水道中部转角处落急流速减弱;围填海工程新生成的岬角处流速变化也较大,2个岬角凹处形成旋转流场,涨急流速由0.46 m/s减弱至0.14 m/s,减弱了70%,落急流速由0.61 m/s减弱至0.17 m/s,减弱了72%,余流流速由0.55 m/s减弱至0.04 m/s,减弱了93%。金塘岛北部海域泥沙淤积分布与余流变化大小分布一致,表明两者密切相关且均受地形变化影响显著。     

鳌江口江南围垦对径流下泄及余流的影响

利用Delft3d 模拟了鳌江口江南围垦工程对邻近海域的水动力影响,从工程前后的枯、洪水期的纳潮量、水位、流 速过程及余流4 个角度分析讨论围垦对该水域的泄洪及余流的影响。工程导致河口过水断面减小,淤使深泓线涨落潮流速有 着不同程度的增大;于洪峰影响时,河口水位壅高,低潮位上升显著,影响河水下泄,易引发内涝,并导致涨潮历时缩短、 落潮历时延长;盂余流受工程影响较大,工程使余流指向河口上游,余流值增大近一倍,而径流削弱了这种影响。榆工程 后,河口断面涨落潮潮量继续保持基本平衡,洪水影响时落潮潮量略大于涨潮潮量。     

河口地貌对潮汐不对称性影响的数值模拟研究

河口地貌形态对潮汐不对称性的产生和发展有着至关重要的作用。本文根据英国Humber河口数据建立了概化模型,研究了在同一纳潮量情况下,主槽断面形态、平面形态和河口收缩率对河口潮汐不对称性的影响。结果表明,较深的主槽能使相位差峰值出现较晚且峰值更大,从而影响局部区域的涨潮流强弱,主槽越浅,最大落潮流速越小,落潮所需历时越长,河口更倾向于涨潮主导,窄潮滩倾向于涨潮主导型,宽潮滩倾向于落潮主导型;平面形态沿程收缩且长度较长的河口涨潮主导型最强,此外,河口宽度沿程缩窄会加大主槽的余流流速,减小潮滩的余流流速;随着河口平面收缩率的增强,主槽的余流流速减小,潮滩余流流速增大,潮滩更倾向于涨潮主导。本文进一步丰富了河口地形地貌变化对潮汐不对称性影响的认识,可为河口区工程建设和管理维护提供科学依据。     

丁字湾近岸海域潮汐、潮流和余流特征研究

利用丁字湾近岸海域2021年的最新观测资料,研究了潮汐、潮流和余流的基本特征和变化规律。得出如下结论：潮汐为正规半日潮,最大潮差405 cm,最小潮差69 cm,平均潮差248 cm,涨潮历时小于落潮历时。潮流为规则半日浅海潮流,最大涨潮流流速为67 cm/s,最大落潮流流速为72 cm/s。涨潮流历时小于落潮流历时。垂向来看,表层流速最大,中层次之,底层最小。海流的旋转谱分析的结果显示M₂分潮的谱峰值最高,运动形式为逆时针旋转流。余流,整体余流流速小于10 cm/s,表层余流最大,中层次之,底层最小。观测期间,长周期的风向和余流流向相反,因此风不是余流的控制因素。     

基岩海岸围填海工程后的流场变化

对舟山岑港北侧基岩海岸围填海工程前(2006年)、后(2008年)水文测验资料进行对比分析,得到该工程所在海域潮流场变化的初步结果.用数值试验的方法进行数值模拟,预测围填海工程对周边海域流场的影响,并对流场预测结果的可靠性进行了分析和讨论,结果表明:(1) 利用数值模拟方法对海岸围填海工程后潮流场的预测结果基本上能如实反映实际工程后的潮流场变化情况;(2) 围填海工程对潮流场的影响范围主要集中在围填海堤的前沿,围堤附近的流速减小,在离围堤一定距离的小范围海域,流速增大,随着离围堤距离的增大,围填海工程对潮流场的影响逐渐减弱;(3) 为全面反映工程海域的潮流场状况,应合理布设水文观测点的断面分布,这对模拟工程所在海域的流场将起重要作用.     

渤海岸线及水深变化对水动力影响的数值模拟

为探究渤海岸线及水深变化对水动力的影响,基于Delft3D水动力学模型,选用2003年和2015年作为围 填海前后的典型年份,建立了围填海前后岸线及水深条件下的渤海三维水动力模型,并对水动力场进行了模拟。通过对围填海前后潮波和潮余流的分析,得到了岸线及水深变化对渤海水动力场的影响。结果表明:填海后,岸线及水深变化会对渤海主导分潮M₂分潮产生较大影响,秦皇岛附近无潮点向西北方向偏移,渤海海域M₂ 分潮振幅总体减小;潮致余流场受岸线及水深变化影响较大,其中渤海湾曹妃甸港南部形成复杂的涡流,沿岸海域余流增大;滨海新区附近形成多个小范围环流,且天津港到黄骅港北部沿岸海域2015年余流比2003年增加3~5 cm/s;黄骅港南部形成一个逆时针环流,并且该处余流减小2~5 cm/s。辽东湾辽河口附近由于水深增加导致余流减小2~7 cm/s。莱州湾黄河口附近的逆时针环流向东南方向移动,黄河口北部余流略有减小,东南部余流明显增大,增加量最多能达到9 cm/s。刁龙嘴南侧顺时针环流减小,北侧顺时针环流增大4~9 cm/s。     

千里岩岛西部人工鱼礁建设对周边海域水动力影响的数值模拟

通过建立Mike21FM模型,对千里岩西部人工鱼礁建设区域及周围海域的水动力情况的数值模拟进行研究,分别选取工程前后的涨急时刻和落急时刻的潮流流速进行求差,得出2个时刻的潮流流速变化等值线与分布范围。并选取720 h进行欧拉余流计算,对工程前后的余流流速进行求差,由此得出余流在工程建设后的变化情况。由此研究工程建设对周围海域水动力情况的影响,进而对鱼礁区选址的合理性,营养盐的流失或富集区域及水质的研究提供参考。研究表明,工程建设产生的阻流效果在工程内部区域可达0.4 m·s-1;涨急时刻潮流流速增大的区域位于工程区域南北两侧,0.05 m·s~(-1)面积约4.52 km2;涨急时刻潮流流速减少的区域分布于工程区域东西两侧,流速减少超过0.05 m·s-1的面积约4.28 km~2;工程区域内部余流流速减少均值在0.01 m·s-1左右,工程区域外周边海域余流流速整体增大,最大增值超过0.1 m·s-1的区域出现于工程东部,面积0.41 km~2。     

长江口北港口门海域悬沙输运机制分析

根据2012年10月24日至11月1日在长江口北港口门海域获取的沉积动力学数据,采用输运通量分解方法分析水沙输运机制。结果表明,长江口北港口门附近海域涨、落潮期间底部悬沙浓度与近底部流速呈显著线性相关,存在显著的再悬浮作用;潮周期内的悬沙输运具不对称特征,涨潮悬沙浓度大于落潮悬沙浓度,悬浮泥沙有向陆输运的趋势。拉格朗日平流输运是影响悬沙输运的主要贡献项;潮泵效应(尤其是潮汐捕捉效应)以及河口垂向环流作用是两个次要影响因素,在影响程度上前者比后者略大。观测发现,长江口北港口门海域潮流除了具有涨落潮流速、历时等不对称现象外,还具有流速结构不对称的特征,进而导致涨、落潮底部湍流混合程度不对称与输沙不对称,这可能是造成悬沙向河口内输运形成最大浑浊带的重要因素。     

围海建设对天津近海水动力环境的影响研究

基于FVCOM三维水动力模型研究了围填海建设对天津近海海域水动力的影响。结果表明:针对近岸海域的围填建设,围填造陆对天津近海海域的潮流场有一定的影响,围填建设区北部和南部区域流速增大,右侧区域流速减小,流速变化在-30～20cm/s之间,平均变化率为30.4%,流向变化在-50°～40°之间;余流场变化幅度较大,在1～17.9cm/s之间。     

东山湾潮流动力特征研究

东山湾是福建重要的天然良港．根据2008年8月的3个潮次11个测站实测潮流资料结合历史调查资料分析东山湾的潮流性质、运动形式、涨落潮流特性、余流等特征．结果表明，东山湾主要属于往复式的规则半日潮流，潮流作用较强，其口门处和湾内水道上的实测最大流速一般大于100cm／s．持续时间较长的风对东山湾的余流较大的影响，大潮期间湾内存在明显的反时针的水平余环流系统．     

围填海工程对半封闭海湾水动力环境的影响

为研究围填海工程对海湾水动力环境的影响,本文基于二维数值模型MIKE21,建立了东山湾附近海域的潮流模型。对比观测数据发现,大潮期间的最高、最低潮位模拟误差在6 cm以内,小潮期间的误差相对较大;流速和流向的模拟误差在9%左右,最大误差出现在转流时刻;总体来看,模拟结果与观测数据吻合良好。在此模型基础上,研究了东山湾围填海前、后潮流动力、水体半交换时间和纳潮量等水动力要素的变化。结果表明:围填海后大范围的涨落流态与围填海前保持一致,大体上仍然呈现S-N走向,涨潮流偏N向,落潮流偏S向,往复流特征较为明显;从局部流场来看,涨落潮流场发生了一定的变化,围填海区域南、北两侧的流矢变化较为明显,涨潮流矢由偏N向改为偏E向,而落潮流矢由偏S向改为偏W向,同时受到围填海区域岸线的遮蔽效应,围填海南、北两侧水域的流速也有一定减弱,而西侧的流速则有一定增强;围填海实施前的水体半交换时间为220.5 h,实施后时间为239.4 h;纳潮量变化为-2.5%左右。研究表明,围填海工程对东山湾水动力环境的影响主要集中在工程区域附近,其对泥沙冲淤、生态环境等的影响将在后续研究中进一步探讨。     

The rule of sediment transport on the Nanhui tidal flat in the Changjiang Estuary

The Nanhui tidal flat is located in the area of slow current where the ebb currents from the Changjiang Estuaryand the Hangzhou Bay converge and the flood current from the sea diverges into the estuary and the bay. The flat extends seaward in tongue shape and has a wide and gentle surface with a marked difference of tidal levels on its two sides, which results in the sediment longitudinal transport on the flat. The water-sediment conditions are diverse at different locations. The velocity and sediment concentration in intertidal zone are higher during the flood tide than those during the ebb tide. The net sediment transport is landward, resulting in a large amount of deposition of sediments on the shoal. However, the ebb current is the dominant one in deep-water area where the net sediment transport is seaward. There exist two circulation systems in plane view on the shoal and in its adjacent deep-water area, which results in the sediment exchanges between the flat and channel and between the estuary an     

天津港主航道连续观测点潮流和余流特征分析

基于天津港主航道连续观测点31 d的实测海流资料,利用调和分析对主航道潮流和余流特征进行研究,同时结合同步风速资料研究风对表层余流的影响。结果表明:(1)航道附近属于弱流海区,表层平均流速为31.4 cm/s,流速总体上由表至底逐渐减小,流速方向大致集中在NW—SE向。(2)观测海域潮流以正规半日往复潮占主导,优势分潮为M₂,浅水分潮较为显著,涨潮流流速大于落潮流流速。(3)观测期间表层平均余流流速为2.8~13.8 cm/s,随着深度增加余流流速逐渐减小,方向大多为NW向。该站表层余流受风的影响显著,东南风将使余流方向偏向西北。     

2018年6月上海近海海域潮流特征分析

采用短期资料的潮流准调和分析方法,对2018年6月上海近海海域9个站位的同步潮流资料进行分析。分析结果表明:该海域潮流涨落潮不等现象显著,大部分站位的落潮流历时长于涨潮流历时,长江口内(C1~C3)落潮流最大流速远大于涨潮;该海域基本以半日潮为主,同时存在规则半日潮和不规则半日潮,考虑到该海域浅海分潮流具有较大的比重,潮流性质应为不规则半日潮浅海潮流的类型;大部分站位各层的运动形式以往复流为主;大部分站位的余流流速表现为表层>中层>底层,大致呈现自西向东流。     

基于GF-4卫星反演的珠江口水体表层悬浮泥沙时空变化特征*

珠江口伶仃洋是中国重要的海湾之一, 其水体的悬浮泥沙质量浓度(suspended sediment concentration, SSC)在枯季受潮汐过程影响显著, 是研究潮汐对SSC变化影响的理想区域。高分四号卫星(GF-4)是我国第一颗超高时空分辨率地球同步轨道卫星, 可见光波段的空间分辨率为50m, 最大时间分辨率可达20s, 在研究一日之内的SSC变化特征方面具有独特的优势。文章利用过境珠江口伶仃洋的GF-4卫星L1A数据并结合2020年1月的航次数据, 反演得到该海域表层SSC数据, 分析得到了伶仃洋表层SSC在潮汐周期不同阶段的分布特征及变化规律。研究结果表明, 伶仃洋海域的SSC整体呈近岸高于远岸、西岸高于东岸的分布趋势。涨潮时, 共有4个高SSC分布区, 平均SSC呈降低趋势且悬沙有向湾内移动的趋势; 在停潮末—涨急—涨憩过程中, SSC先略微降低后显著降低。落潮时, 共有7个高SSC分布区, 平均SSC呈增长趋势且悬浮泥沙有向外海方向移动的趋势; 在平潮末—落急—落憩过程中, SSC先显著增大再变缓最后呈负增长趋势。SSC变化受水平方向上的挟沙作用、垂直方向上的再悬浮过程和地形的共同影响。     

台湾海峡西侧海湾-岛屿系统影响下的流场年季变化——以南日水道为例

台湾海峡地理位置独特,西侧海域海湾 岛屿系统普遍发育,显著影响了海域流场分布。同时,海峡西岸经济区的快速发展对区域海洋动力环境背景场及其变化的精细认识提出了更高的要求。福建莆田南日岛西侧南日水道是连通兴化湾与平海湾的主要水道,是区域海洋动力环境的“咽喉”所在,在区域海洋环境保护与科学开发利用中居于至关重要的位置。为了全面认识台湾海峡西侧海湾 岛屿系统影响下区域海洋动力环境背景场的年季变化,本研究利用布放在南日水道的座底观测系统获得的周年海流资料,结合同期气象风场资料,通过数据统计分析、调和分析、滤波处理和小波变化等手段,研究了南日水道内海流的季节变化规律和驱动余流的动力要素,初步探讨了热带气旋等对海洋动力演化过程的影响。研究结果表明,研究海域潮流为不正规半日浅海潮流,并具有明显的半月周期,涨潮流大于落潮流,涨潮流主方向为 WNW 向,落潮流主方向为 SE—ESE向。旋转谱结果表明,研究海域以半日潮为主,逆时针能量强于顺时针,惯性周期无明显的谱峰。潮流强度的季节变化特征为冬季最强,秋季、春季次之,夏季最弱。夏、秋季的余流流速较其他季节明显偏大,表层余流有明显的季节特征,底层余流全年为北向流。观测点余流主要由风引起,二者有很好的相关性,但频率统计结果显示二者方向不一致,表明余流在地形的作用下发生了转向,其中潮致余流对表层余流贡献较小。小波能量图表明,双台风（热带气旋）期间风和余流均存在1 d及6 d左右的周期信号,二者密切相关。本研究成果对于区域海洋环保以及海域科学开发与应用具有重要的现实意义。     

杭州湾北岸金汇潮滩冲淤分析

杭州湾北岸在南汇嘴和金山嘴人工控制节点作用下,形成微弯内凹的弧形海岸廓线,金汇岸段位于弧形岸线凹段。由于海岸凹段内水流相对较弱,尤其是涨落潮转流过程中低流速(<20cm/s)历时长,有利于泥沙下沉淤泥。11世纪中叶,杭州湾北岸自修筑了第一条海塘进入人工控制后,金汇潮滩处于淤涨中。近年来,受长江来沙量减少和南汇边滩促淤圈围工程的影响,进入杭州湾北岸水域的泥沙也有所减少,出现冲刷现象,金汇潮滩由淤涨型转换为冲刷型。     

基于FVCOM的泉州湾海域三维潮汐与潮流数值模拟

基于FVCOM海洋数值模式,采用非结构的三角形网格和有限体积法,建立了泉州湾海域高分辨率(26 m)的三维潮汐、潮流数值模型。模拟结果同2个验潮站和3个连续测流站的观测资料符合良好,较好地反映了泉州湾内潮汐、潮流运动的变化状况和分布特征,给出了M₂、S₂、K₁、O₁ 4个主要分潮的同潮图、表层潮流椭圆分布,以及模拟区域内最大可能潮差、表层最大可能潮流流速和潮余流分布。分析表明,4个分潮的最大潮汐振幅和迟角差分别为219 cm和19°,85 cm和25°,26 cm和12°,26 cm和9°;石湖港以东海域的潮波为逆时针旋转的驻波,以西海域为前进波;最大可能潮差由湾口的8.0m向湾内增加至8.8 m。湾内潮流类型为规则半日潮流,落潮最大流速大于涨潮最大流速,北乌礁水道为强流区,表层最大可能潮流流速为2.4 m/s;湾口潮流运动以逆时针方向的旋转流形式为主,湾内的潮流运动以往复流形式为主,长轴走向主要沿着水道方向,与等深线和海岸线平行;四个分潮流表层最大流速分别为1.4 m/s,0.58 m/s,0.12 m/s,0.10 m/s。余流流速大小与潮流强弱有密切的联系,表、中、底层最大余流流速分别为26 cm/s,20 cm/s,16 cm/s,三者在水平方向基本呈北进南出的分布形态。