秦皇岛近岸海域保守污染物漂移的数值模拟与分析

采用FVCOM数值模型的水动力模拟结果为拉格朗日粒子追踪漂移模型提供背景潮流场,模拟了秦皇岛近岸7个河口保守污染物在风和潮流作用下的漂移轨迹,分析了两种作用对污染物在近岸运移轨迹的影响关系。结果表明:无风状态下,以金山嘴为界,金山嘴以南各河口粒子漂移距离相对较长,受到近岸潮流的影响,粒子运动轨迹与秦皇岛近岸流场走向相符;1级风力下,漂移轨迹顺着潮流的方向移动,漂移距离甚至会小于无风状态,尤其是1级风力下的NE风和NWN风;在2-3级风力下,风的去向即为粒子漂移的方向,风力越大漂移距离越远、漂移范围也越大。     

珠江河口拉格朗日拟序结构及其在浊度锋识别中的应用

基于珠江河口水文实测资料和三维水动力数值模型,利用有限时间李雅普诺夫指数提取分析了流场中的拉格朗日拟序结构(LCSs),并结合卫星遥感图像探讨珠江河口LCSs时空分布与其浊度锋的关系。结果显示,河口浊度锋与LCSs在时空上存在很好的契合,LCSs所形成的输运通道与壁垒对河口浊度锋的位置、形态及变化过程有显著影响。落潮时,泥沙随蕉门、洪奇门和横门的落潮射流注入伶仃洋,与虎门下泄的冲淡水对峙形成了一条明显的FTLE脊线,制约着浊度锋的形成和分布形态。涨潮时,来自西北三口门的淡水径流受口门外涨潮流的顶托作用,强烈的水平速度与密度梯度在此处形成LCS,阻碍径流挟带悬浮泥沙的输运而产生浊度锋。由于LCSs很好地勾画了不同动力性质的水体边界,因此可以用来对河口浊度锋进行识别、追踪和动力解释。     

黄河口近60年来潮流特征演化过程

本文利用 1962 年、1986 年以及 2015 年的三个典型年代的实测资料建立黄河口数学模型，并对河口潮流场和潮流特征进行模拟，借用 MATLAB 软件进行分潮调和分析，得到黄河口近 60 年潮流特征以及各个阶段的潮流演化过程，得出以下结论：（1） 1962 年河口流场较为平整，有明显切变锋形态，该阶段存在两个较为明显的高流速区并且潮流在河口处呈现为往复流；（2） 1986 年黄河三角洲岸线曲折多拐，从湾湾沟到清水沟滋生了多个小型高流速区群，并且潮流在滨海处呈现往复流的形态而在远海处为旋转流； （3） 2015 年涨落潮时潮流在河口处形成明显的环流，此时在沿线凸出沙嘴处会形成 3 个明显的高流速区,并且潮流在大部分区域呈现旋转流而在河口东北向远海处部分区域呈现往复流的特征.     

黄河口垦东12区块海域泥沙输运的数值模拟

采用三维数值模型对垦东12区块海域流场变化、悬浮泥沙浓度分布进行了潮流周期内的数值模拟分析。研究结果表明,进海路修建后截断了现行清8汊河河口南侧的沿岸流通道,阻隔了入海径流和泥沙由现行河口的向南传输,导致河口入海泥沙在现行河口南侧沙嘴与进海路之间的区域快速淤积;同时,废弃的清水沟河口由于缺乏泥沙供应,海岸侵蚀加剧。数值模拟的结果与卫星遥感解译的岸线变化基本一致。     

渤海海峡拉格朗日余流的数值模拟

本文首先用二维非线性模式对渤海海峡的M₂分潮进行数值模拟,求得逐太阴时潮位和潮流场,进而导出欧拉型的潮余流,计算结果与实测资料符合良好. 在潮流模拟的基础上,对海峡中投放的标识质点的拉格朗日运动进行数值跟踪,获得典型潮时起算的拉格朗日漂移和拉格朗日余流,与欧拉余流相似,拉格朗日余流也呈北大南小之势,但二者的量值并不相同.对于确定的潮流场,欧拉余流是定常的,而拉格朗日余流却是潮位相的函数.     

杭州湾北部近岸水域水文泥沙特性

本文根据实地水沙测量资料,阐明了杭州湾北部近岸水域的潮波、潮汐、潮流、余流、盐度、含沙量分布和泥沙输移等特性。根据流场状况和潮流作用的强弱,将边滩的冲淤分为三种类型:南汇嘴前沿的强冲型,金汇河口边滩的淤积型,石化厂前沿的缓冲型。     

波流耦合下保守污染物迁移扩散的模拟研究

基于三维潮流和谱波浪模型,以及输移扩散模型和拉格朗日粒子追踪模型,构建了波流耦合下保守污染物的迁移扩散模型。模型基于非结构化网格,对近岸复杂岸线有很好的拟合,可用于大范围波流耦合计算。运用所建的耦合模型研究了旅顺港内外的潮流变化、波生流场、保守污染物输移、粒子运动、以及新水道对湾内污染物迁移的影响,模拟的潮流场与实测数据吻合较好。结果表明:潮流会在湾内近湾口处形成一逆时针涡,波浪对湾内影响较小,但波生流会改变湾口流场分布;在湾内处于涡中的水体潮流自净能力较强,而湾中及湾底则较弱,SE向波浪会降低湾内水体的自净能力;新潮流通道的开挖,会显著改善水体的自净能力,尤其对湾底浅水区域作用明显。     

河口垂向拉格朗日余环流研究

应用弱非线性理论导出了狭窄型河口内拉格朗日余流的控制方程和溶解质长期输运方程,并应用流速分解法和B—样条配置技术建立了潮汐及拉格朗日余流的数值模型,应用欧拉—拉格朗日方法和B—样条配置技术建立了长期物质输运方程的数值模型,对狭窄型河口内潮致—斜压拉格朗日余环流进行了研究。结果表明,河口垂向拉格朗日余环流,不同于欧拉余环流,呈现一种较复杂的流型,在盐水入侵界的上游可能存在一涡旋。作者提出,将河口按余环流生成机制和水动力特征分为斜压,潮控及河流三个区。     

黄河口二维潮波泥沙有限元数学模型及应用(Ⅰ)——模型及其验证

分析了建立黄河河口泥沙有限元模型的必要性,并结合黄河河口实际情况,建立了黄河河口二维潮流和泥沙数学模型。从数学模型模拟计算得到的潮位、流速和冲淤验证结果可以看出,由模型模拟的潮汐和潮流的等海洋动力特性以及泥沙冲淤和海底变形都与实测资料一致,表明建立的河口泥沙二维有限元数学模型可进行黄河河口的潮汐、潮流和泥沙运动及海底冲淤演变的模拟与预测。     

黄河口二维潮波泥沙有限元数学模型及应用(工)--模型及其验证

分析了建立黄河河口泥沙有限元模型的必要性,并结合黄河河口实际情况,建立了黄河河口二维潮流和泥沙数学模型。从数学模型模拟计算得到的潮位、流速和冲淤验证结果可以看出,由模型模拟的潮汐和潮流的等海洋动力特性以及泥沙冲淤和海底变形都与实测资料一致,表明建立的河口泥沙二维有限元数学模型可进行黄河河口的潮汐、潮流和泥沙运动及海底冲淤演变的模拟与预测。     

基于FVCOM的南海北部海域潮汐潮流数值模拟

基于非结构三角形网格的FVCOM(finite-volume coastal ocean model )数值模型, 对南海北部海域的潮汐、潮流进行了精细化数值模拟研究, 并根据模拟结果详细分析了M2, S2, K1, O1 分潮的潮汐和潮流特征。研究结果表明: 神泉港到甲子港海域表现为正规全日潮性质, 珠江口附近海区潮汐以不正规半日潮为主, 其他海域主要表现为不规则全日潮; 陆架海域和深水海域主要表现为往复流, 陆架坡折区存在较强的旋转流, 陆架坡折区为不规则半日潮流和不规则全日潮流的分界线; 东沙群岛附近海域以不规则全日潮流为主, 旋转方向为顺时针; 整个海域的最大流速分布与等深线基本平行, 东沙群岛附近速度明显变大, 最大值出现在台湾浅滩附近, 最大值超过70 cm/s; 南海潮波系统以巴士海峡传入的大洋潮波为主, 分为三支潮流, 以不同的形式进出南海北部海域; 余流在台湾浅滩附近达到最大, 超过6 cm/s, 自南向北进入台湾海峡, 近岸余流自东向西沿岸流动。本研究在东沙群岛周边的模拟结果与前人基于实测资料的分析吻合较好, 并且由于采用了高精度的三角网格, 本文对东沙群岛周边海域的潮汐潮流结构和性质的刻画和分析是迄今为止较为精细的, 同时本研究还提高了对沿岸验潮站调和常数的模拟精度。     

长江口三维潮流数值计算及动力分析

采用三维动力学数学模型对长江口潮流场进行了计算，对长江口潮流流态在一个潮周期内逐时进行了分析，并对长江口南支盐水倒灌从动力学角度进行了初步探讨。计算结果表明：文中模型较好地重演长江口潮流场，可以用于大型复杂河口工程实际中的潮流场的计算和分析。     

A two-dimensional numerical model for tidal motion in the Taiwan Strait

A finite difference solution for two-dimensional nonlinear hydrodynamic equations is obtained to model the tides and tidal currents in the Taiwan Strait. The major semidiurnal waves are computed simultaneously. The agreement between the computed results and the observed data is considered satisfactory. The distributions of tides and tidal currents are illustrated.     

Distributional characteristics of grain sizes of surface sediments in the Zhujiang River Estuary

Distributions of the parameters of sedimentary grain sizes and their correlations were studied to trace the sources of silts and their movement trends in the Zhujiang River Estuary based on the analyses of grain sizes from more than 1080 sedimentary samples. The distributions of the median diameter, public value, quartile deviation, and skewness of sediments were complex in the Zhuiiang River Estuary mainly because of the impact of the matter source regions, distances from the source regions, and hydrodynamic conditions, such as waves, tidal currents, and coastal currents. Analyses of the parameters of the grain sizes for the various types of sediments showed that the distributions of the surface sediments in the Zhujiang River Estuary were controlled by many factors. Their matter sources were mainly the sediments discharged from the runoffs and ebb tidal currents, and from the open sea. The sediments mainly moved by suspension movement. The silts formed a large area of sediments with suspended fine silts in the Zhujiang River Estuary by internal adjustment transportation in the area, and moved toward the western coast of the Zhujiang River Estuary under the effect of Coriolis forces and coastal currents.     

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。     

南黄海辐射状沙脊成因的沉积动力学研究

自南黄海辐射状沙脊被发现，尤其是江苏省海岸带和海涂资源综合调查揭示了其全貌，并同时测得辐射状沙脊区存在辐射状潮流场(任美愕，1986)以来，对南黄海辐射状沙脊的成因，主要包括其形成的水动力条件、物质来源、形成机理与形成过程等，本领域学术界一直存在争论1)(李从先等，1979；任美锷，1986；李成治等，1981；周长振等，1981；万延森，1982；刘振夏，1983；刘振夏等，1983，1995；耿秀山等，1983；夏东兴等，1984；夏综万等，1984；杨长恕，1985；黄易畅等，1987；张光威，1991；赵松龄，1991；朱大奎等，1993；杨治家等，1995；朱玉荣等，1995，1997；张东生等，1996；李从先等，1997)。 南黄海辐射状沙脊的形成机理及形成过程是与其形成的水动力条件、物质来源紧密联系在一起的。持该区的辐射状潮流场是受海底地形与(或)局部弶港海湾形态控制而形成观点的学者，多认为辐射状潮流场形成的同时或之后会反作用于海底地形，逐渐将海底地形改造成辐射状沙脊1)(任美锷，1986；李成治等，1981；万延森，1982；张光威，1991)，并且认为辐射状沙脊的形成需要几千年的时间1)，或是一个历史过程(李成治等，1981)，或经过最近一百多年的改造而形成(万延森，1982)，或形成于距今4000年前以来(张光威，1991)。这种观点的本质在于认为辐射状沙脊的辐射状形态是由海底地形的初始辐射状形态决定的，辐射状潮流场的作用在于使具初始辐射状形态的海底地形的辐射状形式更好，即认为辐射状潮流场对辐射状沙脊辐射状形态的形成不起决定作用。认为辐射状潮流场是由东海传入黄海的前进潮波与山东半岛南部的旋转潮波相交汇而形成，并且认为辐射状潮流场有可能自全新世海侵影响本区，或自7000年前以来就一直存在(对古海岸时辐射状潮流场存在的认识只是推测，尚缺乏证据)的学者，多认为辐射状沙脊的辐射状形态是由该区潮流场的辐射状形态决定的(周长振等，1981；刘振夏,1983；夏综万等,1984；杨长恕,1985；黄易畅等，1987；朱大奎等,1993；朱玉荣等，1995，1997),即认为辐射状潮流场对辐射状沙脊的辐射状形态起决定作用。这两种观点根本对立。     

椒江河口层化动力特性研究

基于椒江河口大、小潮期间水位、流速、盐度和悬沙浓度观测数据,研究了椒江河口主潮汐通道的水动力、盐度和悬沙浓度的时空变化特征,解释了高浊度强潮作用下的层化物理机制。椒江河口大潮期悬沙浓度和盐度均大于小潮期,主潮汐通道区域落潮期悬沙浓度大于涨潮期;盐度随潮变化,盐水锋面出现在S2测站,锋面附近出现最大浑浊带;自陆向海,悬沙浓度递减,盐度递增;随水深增加,悬沙浓度与盐度递增。Richardson数与混合参数显示,盐度和悬沙引起的层化现象,是随着潮汐的变化而变化,涨潮时的层化均强于落潮,小潮时的层化持续时间最长,区域更广。混合参数随潮周期变化,大潮期高于临界值1.0,小潮期低于临界值1.0。小潮期水体层化强于大潮期;潮汐应变项是影响势能差异变化率的重要因素;落潮期间层化向混合状态转化,涨潮相反。     

南海北部东沙岛附近的内潮和余流特征

采用东沙岛附近的一个长达9个月的锚定潜标的观测资料对南海北部的正压潮、内潮和余流情况进行了分析,得到了当地正压潮和内潮的特征。此处正压潮流以全日潮为主,秋、冬季相对较大,春季相对较小;正压余流受海盆尺度环流和地形的限制,在潜标观测期间的秋、冬、春三季基本以偏西向的正压流为主。内潮同正压潮一样,也以全日分潮为主,潮流椭圆随水深发生旋转,在110—120m附近存在内潮非常弱的一层。斜压余流在2009年2—3月比较异常,这是由于在此其间有一个中尺度涡经过。对此潜标数据采用经验正交函数分解的方法进行分析,发现海流的各个主要EOF模态与内波的垂向模态结构有一定的关联。     

Effect of sea level rise on tidal circulation in the Hooghly Estuary,Bay of Bengal

The issue of sea level rise is receiving considerable attention all over the world. Although the Indian stations have shown mixed trends, a positive sea level trend has been noticed in the Hooghly Estuary, situated on the east coast of India. The Hooghly River serves as a navigable waterway to Calcutta and Haldia ports. The river is tidal for nearly 250 km. To study the water levels and tidal currents in the lower part of the Hooghly Estuary, from sea face at Sagar to Hooghly Point, a vertically integrated numerical model has been used. The model is fully nonlinear and uses a semiexplicit finite‐difference scheme to solve the basic hydrodynamic equations on a staggered grid. This model is coupled with a one‐dimensional model, which has been used for the upper estuary from Hooghly Point to Swarupganj, where the flow is unidirectional. The computed water levels and currents are found to be in good agreement with the available observations. This model is applied to study the alterations in tidal circulation for a rise and fall in the sea level. The results have shown a substantial increase in the amplitude and velocities of the tidal wave due to the sea level rise.     

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.