普兰店湾内湾水交换数值模拟研究

采用不规则三角网格系统和有限体积法,建立半封闭海湾-普兰店湾海域的潮流数值模型,潮位、潮流数值模拟结果与实测值符合良好,在此基础上结合普兰店内湾海域状况变迁的实际情况,将普兰店湾内湾划分为3个区域,对普兰店内湾2012年和2014年的水交换状况进行了数值模拟研究,并对各区域水交换能力进行了对比分析。数值结果显示,普兰店湾内湾在2012年和2014年区域地形相对变化的情况下,水域水体交换能力基本接近,仅在内湾纵深末端水域,2012年的水体交换能力略强于2014年。     

龙口湾水动力特征及其对人工岛群建设的响应

基于龙口湾及附近海域的水文实测资料,利用Mike21数学模型模拟了人工岛建设前后的潮流、波浪、纳潮量及水交换率等水动力特征,探讨了人工岛群建设对龙口湾水动力环境的影响。结果表明,人工岛建设显著改变了龙口湾潮流场特征及水体运动路径,湾内受到人工岛的阻挡,流速普遍减小,局部区域潮流运动形式由往复流变为旋转流,流向变化较大,余流形成多个涡旋;湾外由于堤头挑流作用导致局部区域流速增大且余流流速增大,潮流运动形式未发生明显改变。受人工岛的掩蔽作用,人工岛及附近区域的波浪有效波高普遍减小。龙口湾潮位出现北部最大潮差变小、南部最大潮差增大的格局,壅水作用导致人工岛内部水道潮差变化明显。人工岛建设直接占据了龙口湾海域面积,导致其纳潮量明显减小,水交换率呈现南部和北部增大、人工岛北侧以及内部水道减小的特征,人工岛造成的水动力环境的改变是影响水交换率变化的主要原因。人工岛群建设导致龙口湾内的潮流、波浪、纳潮量以及水交换等水动力特征减弱,是引起龙口湾水动力条件变化的根本因素。     

丁字湾规划对其水动力与纳潮量影响研究

丁字湾的规划会对丁字湾内水动力和纳潮量有影响,从而影响着丁字湾与外海的水交换,影响丁字湾内水质与生态环境。本文利用二维潮波运动方程建立了崂山头至古龙咀以西海域潮流数值计算模式,数值模拟了规划实施前后丁字湾内水动力和纳潮量的变化,数值模拟结果表明:丁字湾规划实施后,整个规划范围内大部分区域流速增大,尤其丁字湾中央水道流速增大明显,涨潮时,丁字湾湾口附近水道流速增量最大,在0.48m/s以上,落潮时马河港大桥处的流速增量最大,在0.54m/s以上。湾外流速变化不大。丁字湾内纳潮量增大了42%(海即大桥连线)、33%(丁字嘴—栲栳岛连线),丁字湾规划大大改善了丁字湾的水动力,增加了丁字湾内纳潮量。规划有利于丁字湾与外海的水交换和湾内水质与生态环境的改善。     

唐岛湾水动力交换与强化措施的数值研究

通过对唐岛湾海域水体进行二维水动力模拟分析,得出了唐岛湾内的潮流运动,并分析了在唐岛湾的东北通道开通前后唐岛湾内的潮位变化与水体运动变化过程,同时计算出了唐岛湾内的海水交换率及海水的半交换期。结果表明,在未开通东北通道时,唐岛湾内水体的单宽流量在涨急和落急时只有2.59 m~2·s~(-1)和2.07 m~2·s~(-1);当开通东北通道时,唐岛湾内的水体整体运动加强,特别是内部水体,唐岛湾内水体的单宽流量在涨急和落急时达到了3.14 m~2·s~(-1)和2.69 m~2·s~(-1),同时唐岛湾内的水体半交换周期也缩短了1.31d,有利于唐岛湾内水质的改善。     

湾口建闸海湾水体交换及景观水位数值模拟

大幅度的潮位变动对近岸景观和亲水性有较大影响,为此往往在湾口建闸控制湾内潮位变动,通过设置景观水位改善以上问题,但这将带来湾内的水动力及水体交换条件下降。本研究以马銮湾为例通过潮流数学模型模拟,研究湾口开闸孔数、开闸位置及不同景观水位与湾内水动力和水体交换的关系。利用湾口闸门调度,在湾内形成大尺度环流提高水体交换效率,对马銮湾景观水位和闸门调度方式提出了建议,有效地解决了湾内潮差减小引起水体交换效率减低的问题。     

铁山湾建港前后水体交换能力的数值模拟

铁山湾是北部湾东北部较大的海湾,水深条件好,可用岸线长。为研究铁山湾建港工程前后湾内的水体交换能力,文章建立了平面二维的水动力模型以及平面二维对流—扩散模型,率定后水动力学模型模拟结果与实测结果吻合良好。运用二维对流—扩散模型计算了湾内不同区域的水体半交换时间,模拟结果表明：铁山湾的水体交换能力较强,工程前水体半交换时间为129天,海域的水体交换能力主要受铁山湾潮汐作用的影响。铁山湾潮汐作用较强,潮差较大,且铁山湾口门开阔,这都为铁山湾的水体交换提供了良好的条件。工程后铁山湾水体半交换时间为142天,工程前后铁山湾水体半交换时间仅相差13天,说明工程方案对铁山湾水体交换能力无重大影响。     

围堰拆除后的区域水动力环境恢复作用研究

滨海湿地是近海生物重要栖息繁殖地和鸟类迁徙中转站,拥有丰富的生物多样性和较高的生态服务功能,是支持人类长期经济繁荣和社会可持续发展的基础。本研究选取珠海填海区,对围堰假设拆除情况下的区域水文动力条件改善情况进行数值模拟分析。研究结果显示,假设部分围堰拆除后,纳潮面积和纳潮量增大,导致潮汐通道流速变大,距离口门越近流速变化越大。项目附近潮汐通道深槽内最小幅度为-100 m/s,东大堤口门增大幅度最大为57 cm/s。围堰拆除对附近东大堤内侧区域范围海域水动力影响较大,东大堤外侧7 m范围内的水动力条件也得到较大改善;围堰拆除打通潮汐通道恢复滨海湿地约279 hm²,水动力环境改善对于增大东大堤内侧咸淡水交汇湿地生境具有较大作用。     

乐清湾水交换特征研究

采用EFDC模式模拟研究了乐清湾水交换的三维过程和时空变化特征,并通过计算水示踪剂质量浓度分析水体置换过程。结果表明,乐清湾水交换主要是由鹿西岛两侧流入的外海水体与湾内水体的交换,以及乐清湾口门西侧附近的湾内水体与瓯江北口径流冲淡水之间的交换。从口门到湾顶,水交换能力差别较大。以最窄的连屿至打水山断面为界,以南水体1个月基本可以完全交换,而以北水体2个月后仍然无法交换至湾口水平。连屿至打水山断面以北地形复杂,岛屿较多,污染物主要通过岛屿间的潮汐汊道输运,断面的瓶颈效应也使得断面以北的水体交换能力稍弱。在口门附近90%以上的水体被外海置换所需时间不到5 d,而此时湾顶水质未有太大改变;15 d左右,80%湾内水体被外海水置换;90%湾内水体被置换仅需40 d;70 d时的水体置换率达97%。     

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。     

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220.5h,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。     

象山港多年围填海工程对水动力影响的累积效应

由于土地资源开发和围塘养殖等需要,多年以来象山港实施了大量的围填海工程.单个的小面积围填海工程对海湾的影响并不大,但是在较长时间段内,多个围填海工程的累积效应却比较明显.本文在POM(Princeton Ocean Model)模型的基础上,利用动边界处理技术,针对1963,2003和2010年3个不同时期的岸线与地形...     

Morphodynamic responses to the deep water harbor development in the Caofeidian sea area,China's Bohai Bay

Vast bay-type tidal inlets can be found along the coastal zones of China. They are generally suitable for deep water channels and large harbors because of the presence of large water depth and good mooring conditions. The deep channel, in front of the head of Caofeidian Island in Bohai Bay, China, is a typical bay-type tidal inlet system. The tidal current, a type of reverse flow, makes the key contribution to maintain the deep water depth. The co-action of waves and tidal currents is the main dynamic force for sediment motion. Waves have significant influence on the sediment concentration. Based on the characteristics of waves, tidal currents, sediment and seabed evolution in Caofeidian sea area, a 2D mathematical model for sediment transport under influence of waves and tidal currents is developed to study the development schemes of the Caofeidian Harbor. The model has been verified for spring and neap tides, in winter as well as in summer of 2006. The calculated tidal stages, flow velocities, flow directions and sediment concentrations at 15 stations are in good agreement with the observations. Furthermore, the calculated data on pattern and magnitude of sedimentation and erosion in the related area agree well with the observations. This model has been used to study the effects of the reclamation scheme for Caofeidian Harbor on the hydrodynamic environment, sediment transport and morphological changes. Attentions are paid to the project inducing changes of flow velocities and morphology in the deep channel at the south side of Caofeidian foreland, in the Laolonggou channel and in various harbor basins. The conclusions can provide the important foundation for the protection and use of bay-type tidal inlets and the development of harbor industry.     

围填海对伶仃洋水流动力的短期影响模拟研究

利用已经过验证的高分辨率三维海洋动力模型FVCOM,根据1984—2014年内伶仃洋的围填海变化情况,结合情景模拟案例,研究分析围填海对伶仃洋水流动力的影响,探究截流式和顺流式围填海对伶仃洋不同季节的水平余流场、垂向环流结构以及潮汐变化过程的影响。研究结果表明,围填海对伶仃洋的余流流向没有明显影响,但对余流速有较大的影响。在水平方向上,截流式围填海使得周边海域的余流速明显增大,增幅在0.02～0.25 m/s不等,其中口门区域受到的影响最大;相较于底层流场,表层流场受围填海的影响相对更大,围填海以南的较远海域在表层出现一条强度逐渐减弱的流速减小带,减幅在0.02～0.15 m/s不等,且影响范围与流场的分布密切相关,在夏季向南延伸,在冬季向西南延伸。顺流式围填海的影响则主要分布在伶仃洋两侧沿岸,并且不同季节的影响特点有一定区别,在夏季使得内伶仃洋东岸海域流速增大,但在冬季使其流速减小,变化幅度均在0.02 m/s以上。在垂直方向上,围填海使口门区域余流的纵向流速梯度增加,并且改变了伶仃洋余流的垂向分布情况,总体表现为远离围填海的海域表、底层余流的流速减小,中上层余流的流速增大;与此同时,围填海大幅度改变了周边海域的横向流速,并且在伶仃水道、矾石水道等区域产生了新的横向环流。围填海使得河口至围填海的余水位明显上升,使得伶仃洋海域的余水位下降,余水位梯度的增大是围填海周边余流速增大的主要原因。另外,围填海影响了伶仃洋的潮汐变化过程。在大潮期间,围填海改变了伶仃洋海域涨落潮时的潮流流速,使得周边海域落急流速增加,较远海域落急流速减小,而涨急流速都减小;同时,围填海使得海域涨落潮时的潮位受到一定影响。围填海最终使得伶仃洋的潮汐相位提前了20～35 min。     

Two-Dimensional Mathematical Model of Tidal Current and Sediment for Oujiang Estuary and Wenzhou Bay

A 2-D mathematical model of tidal current and sediment has been developed for the Oujiang Estuary and the Wenzhou Bay. This model accomodates complicated features including multiple islands, existence of turbidity, and significant differ-ence in size distribution of bed material. The governing equations for non-uniform suspended load and bed load transport are presented in a boundary-fitted orthogonal curvilinear coordinate system. The numerical solution procedures along with their initial conditions, boundary conditions, and movable boundary technique are presented. Strategies for computation of the critical condition of deposition or erosion, sediment transport capacity, non-uniform bed load discharge, etc. are suggested. The model verification computation shows that, the tidal levels computed from the model are in good agreement with the field data at the 18 tidal gauge stations. The computed velocities and flow directions also agree well with the values measured along the totally 52 synchronously ob     

莱州湾潮余流及粒子运移特征

为掌握莱州湾潮余流特征和粒子运移特征,文章采取平面二维数值模拟的方法,计算得到莱州湾的潮流场,并分析潮流结构;在潮流场的基础上,计算和分析欧拉余流场;通过在不同位置释放自由运动的粒子,得到潮流作用下自由运动粒子的运移轨迹。研究结果表明：莱州湾涨潮时的最大流速约为2.19 m/s,落潮时的最大流速约为2.66 m/s,且均在湾口处出现最大流速;莱州湾欧拉余流速度较小,且湾口附近较大而湾内较小;莱州湾分布均匀的粒子在自由运移时出现不同程度的聚集,且整体运移趋势是向岸聚集。     

钦州湾潮流特征分析

根据1994年5月和11—12月两个航次的调查及近年有关海湾的海流观测资料，分析了钦州湾的潮流特征，观测资料来自分布于该海湾东中西三个航道及相关区域的8个测站。钦州湾涨落潮流特征：落潮流速大于涨潮流速：东部最大涨落潮流速小于西部：夏季落潮流总是大于冬季：龙门水道附近的流速最大，而其余区域的流速相对较小。外湾(钦州湾)余流，是气旋式环流：水体东进而西出。从湾内来的泥沙和污染物质，主要从西部进入外海；中、东槽是主要“进水”通道，外海低泥沙含量、少污染物质的清洁水从这里潮流而上。因此，与西部相比，东部盐度高，水质清洁，底质重金属含量少。     

秦皇岛海域海流特征及规模化养殖对其影响的观测研究

秦皇岛海域是辽东湾与渤海中部及渤海湾进行物质和能量交换的重要通道。本文基于海床基观测平台获取的夏秋季海流连续观测资料,运用调和分析和滤波等方法对该海域的海流特征及其对规模化养殖的响应进行了研究。结果表明:秦皇岛海域最显著的潮流是M₂分潮流,其最大流速介于20.0~36.9 cm/s之间,远小于辽东湾东部海域M₂分潮流最大流速;秋季秦皇岛海域余流流速介于0.2~2.5 cm/s之间,整体上较辽东湾东侧海域余流弱,辽东湾底层可能存在逆时针的弱环流系统;夏季秦皇岛海域M₂和K₁分潮流的最大流速均大于秋季;养殖活动对余流影响较大,养殖区中部A7、A8站余流的垂向平均流速比养殖区边缘A6站分别减小76%和18%左右。     

东海大堤对湛江湾水动力环境影响的研究

在湛江附近海域建立了三维动边界水动力模型,通过验证,结果与观测数据符合良好,并在此模型基础上分别模拟计算了湛江东海岛填海大堤现状以及1958年大堤修建之前湛江海域的水动力场,通过两种情况下的流场、潮位、纳潮量以及水交换率的比较,分析了东海岛大堤的存在对湛江湾水动力环境的影响。     

基于FVCOM 的辽东湾水动力特性数值模拟

辽东湾属于半封闭性海湾, 水动力过程具有一定的代表性。本文基于无结构化三角形网格的有限体积海岸海洋模型FVCOM（Finite-Volume Coastal Ocean Model）, 构建了辽东湾及其邻近海域的三维水动力数值模型, 并利用实测数据对6 个潮位验潮站、4 个潮流验潮站的大小潮时刻的潮位、流速、流向进行了对比验证, 该模型能够准确地模拟辽东湾的潮汐、潮流等水动力场情况, 可进一步为研究辽东湾温盐、泥沙、水质、污染物扩散等提供研究基础。