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。     

港口工程建设对莱州湾水动力环境影响的数值研究

应用ＭＩＫＥ２１建立莱州湾平面二维潮流模型,对港口工程建设前后莱州湾内潮流场进行数值模拟,研究不同工程岸线下莱州湾水动力特征。通过莱州湾的连续实测海流数据与模拟结果进行比较,可以看出两者趋势基本符合,说明该模型能较精确地反映该海域工程前后的潮流场分布情况。计算结果表明：潍坊港双堤建设后,堤身两侧潮流流速有所减小,堤头附近潮流流速明显增大,广利港规划方案实施后,位于新形成“湾”内的潮流流速均存在不同程度的减弱,而“湾”口潮流流速均增大;港口工程建设对潮流场的影响主要集中在工程邻近海域,由于潍坊港和广利港的布局占据了莱州浅滩至老黄河口南侧海域的近１／４,因此港口工程的实施对潮流场的影响还是明显存在的。     

汇泉湾水动力环境观测和数值模拟研究

汇泉湾是青岛市最主要的海水浴场,湾区浴场的沙滩沙质退化及细沙流失现象一直备受关注。本研究旨在研究上述现象的成因,为汇泉湾生态环境保护和可持续发展提供科技支持。我们于2015年1月和9月在汇泉湾进行了水文、泥沙和悬浮物的综合观测,并基于FVCOM建立了汇泉湾高分辨率的水动力模式,模拟了汇泉湾及其临近海域的水动力环境。结果显示:汇泉湾常年存在一顺时针(即反气旋)环流,它有利于携带泥沙从湾的西侧进入而从东侧流出;环流中心区流速弱,泥沙不容易被带走,沉积物粒径较小。汇泉湾海域沙滩沙质粗化且流失的原因主要为:波致流引起的沿岸输沙将湾口西侧岩石剥蚀的较粗的细砂和粉砂搬运至浴场沙滩,而较细的泥沙容易地从东侧流出湾区。     

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。     

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。     

唐岛湾清淤工程整体动床物理模型试验研究

针对唐岛湾内清淤工程,开展了唐岛湾整体动床物理模型试验。通过试验资料分析了在SW(西南)向极限波的作用下,波流动力调整以及湾内泥沙冲淤变化。试验表明,当水位高于平均高潮位时,方案一有效波高相对现状平均增大0.3m,方案二有效波高相对现状平均增大0.6m左右;工程区域内各测点的底流速变化基本上都具有周期性和非对称性,变化周期大约为10s,接近SW向入射波的波周期的2倍;方案二的动力环境与冲淤变化程度,好于方案一。试验研究成果可供类似工程应用时参考。     

浮山湾帆船赛场水动力条件数值模拟

潮流数值计算是研究海域现状潮流场及预测潮流场分布的一个重要方法.根据帆船比赛的要求,结合青岛浮山湾及邻近海域的地理信息,应用分步杂交方法建立浮山湾变边界潮流数值模型进行模拟计算,分析浮山湾帆船赛场的水动力条件,从潮波、海水流速等方面证明选址的合理性.结果表明,浮山湾及附近海域的水动力和气候务件等均能够满足帆船比赛的要求.     

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。     

鳌山湾水动力环境及泥沙运动特征研究

文章通过对鳌山湾波浪及海流资料的深入分析,对区域水动力环境形成较为系统的认识.通过现场水域悬沙观测资料、沉积物取样及粒度分析资料,结合区域水动力资料,对鳌山湾及周边区域泥沙运动趋势进行分析预测.研究结果表明:鳌山湾具有较长的深水岸线,岸滩稳定,泥沙来源少,有岬角掩护和一定范围较为平坦的后方陆域,具备建设深水大港的条件.     

集约用海对莱州湾水动力环境影响的数值模拟研究

在考虑水体斜压的基础上利用MIKE3三维数值模型的HD和Ecolab模块,对莱州湾的水动力环境进行了数值模拟,并将验证良好的该模型用于分析预测集约用海工程的实施对莱州湾水动力环境造成的影响。研究结果表明:工程并不会大范围改变莱州湾海域的水动力特征,影响主要集中在工程区附近,距工程新岸线约20 km处,流速变化率在15%左右甚至更小;工程造成海湾纳潮量在大小潮期分别减小0.29%和1.07%,海湾与外海水交换能力被削弱,可能会导致湾内水体污染加剧;工程实施后海湾PO_4-P平均浓度升高,DIN平均浓度降低,N/P比下降,海域磷限制作用被削弱。     

港口工程影响下莱州湾西南侧海域水动力演化特征

河流输沙、水深地形演变、大型海洋工程的建设均会对海洋水动力产生明显影响。本文基于MIKE21数值模型,对不同时期水深岸线条件下莱州湾西南侧海域的水动力演变特征及潍坊港建设对水动力的影响进行研究。结果表明,1984~2007年,黄河现行河口东南侧高流速区位置向SE向移动,莱州湾湾口及西南侧海域流速增大,增大幅度在10 cm/s左右。潍坊港10 km引堤工程的建设导致引堤端头处流速增大10~20 cm/s,引堤两侧流速减小15~20 cm/s,流向偏转量在10°~40°;潍坊港扩建工程的建设导致防波堤端头处流速增大5~20 cm/s,两侧海域流速减小5~20 cm/s,流向偏转5°~20°。黄河口沙嘴的形成对其南侧海域形成有效掩护,而潍坊港工程的建设对其两侧海域起到一定的掩护作用,导致该海域有效波高显著减小,水动力强度减弱。     

普兰店湾潮滩养殖围堰工程拆除前后水动力特征的数值分析

普兰店湾四周大量的滩涂逐步被开发成海参及贝类围堰养殖池塘,致使普兰店湾出现自然岸线不断萎缩、水体交换通道堵塞等系列问题,通过拓宽海湾水体交换通道恢复其水文和水动力条件是重要的手段之一。文章采用 MIKE21 模型对普兰店湾的潮流分布特征进行数值模拟,在潮位、流速模拟验证的基础上,对比分析了养殖围堰拆除工程实施前后普兰店湾的水动力情况。结果表明：养殖围堰拆除区域的局部滩涂流速增大,其值在0.3~0.4 m/s左右变化,围堰拆除对于距离在1.5 km以内的海域有一定影响,而对较远的金州湾及外海的整体流场基本无影响;拆除养殖围堰拓宽了普兰店湾的水域面积,提高了湾内的涨落潮流速,湾内的纳潮量增大了8.535%,位于北岸的养殖池拆除区域流场呈现明显的潮滩特征,上述变化有利于加快潮滩上盐沼植物、海洋生物生境的营养物质交换。     

三亚湾海岸动力演变的数值模拟研究

近年来,海岸侵蚀呈现不断加剧的趋势,给沿海地区经济社会的发展造成了极大危害。关于三亚湾海岸侵蚀过程及其动力学研究多停留在定性或半定量阶段。从海岸动力地貌学角度出发,基于沉积物迁移理论,利用数值模拟方法,定量研究了三亚湾海岸在波浪和潮流作用下的动力演变过程。计算结果重现了海水波浪的传播形态及动态特征:涨潮时,波高极值相对较大,水位随之升高,波动现象明显,波动形态复杂;落潮时,波高极值相对减小,水位也随之降低,海面相对较平静,波形态在离岸区域较单一,仅在近岸区域相对多样化。同时,数值模拟结果也很好地显示了三亚湾岸线附近的沉积或侵蚀过程特征:三亚湾西段海洋动力条件较强,沉积或侵蚀现象明显,沉积/侵蚀能力由三亚湾西段逐渐向东段减小。此外,以海洋动力学机制为基础,定量模拟了三亚湾海岸侵蚀与演变物理过程,为该地区海岸开发利用、海岸环境保护提供科学依据。     

日本琵琶湖的水动力三维数值模拟

在笛卡尔坐标下，运用流体水动力学的方法，并在前人观测资料的基础上建立了一个三维水动力数值模式，并对日本琵琶湖风生流进行了数值模拟。结果表明，在５ｍ／ｓ的东南风、西南风、东北风作用下，湖的北端均有气旋式环流出现，在５ｍ／ｓ西北风作用下，湖的北端有反气旋式环流出现。在各种方向风速驱动下，中、低层场或形成与表层一致的环流型，或呈现明显的垂直切变。     

未来大规模海岸工程对渤海湾潮动力环境影响的模拟研究

利用FVCOM海洋数值模型,建立渤海湾,尤其针对天津近海的水动力和水交换模型,经潮汐和潮流实测资料验证,模拟结果可信。通过模拟,研究了海岸工程对渤海湾内潮动力环境和水交换能力的影响,模拟显示,未来海岸工程建设后,天津近海最大局部海域流速变化可达0.25 m/s,纳潮量减少3.2×10~8m~3。水体半交换周期延长10天,建议在未来的海岸工程建设时,事先考虑其对水动力环境和水体交换能力的影响,避免造成不可逆转的后果。     

舟山群岛附近海域三维水动力数值模拟

利用ECOM模型模拟了舟山群岛附近海域流场和三维水动力特征,研究综合考虑了长江、钱塘江径流以及垂向温盐变化引起的斜压效应。考虑到实际岛屿形状和海底地形,平面采用直角坐标系,垂向采用σ坐标系,使垂向沿水深的分层更趋合理。通过多个验潮站的调和常数和实测海流资料的验证,计算结果与实测结果符合良好。结果显示,舟山群岛附近海域潮汐日不等现象显著,高高潮与低高潮的潮位差值为41～77cm,至杭州湾内最大差值可达109cm;潮流日不等现象不明显,两次最大涨潮流速差值为0．5～20cm／s,平均流速差为4．9cm／s;两次最大落潮流速差值为0．5～23cm／s,平均流速差为7．3cm／s,且底层差值大于上层差值,说明研究区属于不正规半日潮汐、正规半日潮流海区。本海区最大涨潮平均流速为120～213cm／s,最大落潮平均流速在105～182cm／s之间,基本以舟山群岛为界,东侧涨潮流速大于落潮流速,西侧落潮流速大于涨潮流速。数值模拟结果基本上体现了舟山群岛附近海域的潮流场状况。     

临海疏港公路对台州湾水动力影响的模拟研究

为论证疏港公路对台州湾水域的影响,收集并分析了台州湾及附近海域水文、水下地形等资料,针对台州湾潮流运动特性,建立了大范围平面二维潮流数学模型。利用实测资料从潮位过程、流速流向等方面对数学模型进行了验证计算,模拟台州湾的潮流运动特征。若采用全实堤结构形式,疏港公路建成后,沿公路两侧局部范围的潮动力主要表现为减小,其中南侧减小显著。头门岛南侧原规划港区范围的潮动力减幅均超过5%,其中规划内港池处在潮动力减小20%以上的区域内,潮动力减小10%的等值线在南山岛附近水域。白沙东南侧水域的潮动力仍有微幅增加。位于疏港公路北侧的北洋涂以东附近水域,潮动力明显减小,减幅为5%的等值线在北洋涂围堤4 km以东。头门岛与东矶岛、田岙岛、石坦岛之间的潮汐通道内潮动力有不同程度的增强,增强幅度在2%以上;大竹山北侧水域潮动力增强幅度大于5%的水域面积近22 km2。采用疏港公路开口方案,疏港公路建成后,沿疏港公路的潮动力变化稍大,其它海域潮动力变化强度小。北洋涂东侧海域的潮动力明显减弱,减弱幅度大于5%的区域限于离围垦堤东2 km范围内;以大竹山东北角点为中心,方位角约350°方向,有一带状潮动力减小区,其中减小2%的带宽约1.5 km,减小5%的带状位置离大竹山最远约2.2 km,该流速减小区位于开口区涨潮流的东侧,有淤积趋势;从大竹山到头门岛段疏港公路的北侧,潮动力减小区总体呈"半哑铃"状,其中减小5%的等值线离公路或岛岸窄处仅300 m、宽处也只有700 m左右,该潮动力减小区均为浅水区;头门岛东侧水域和东北侧潮汐通道内的潮动力微幅增加;小竹山附近的潮动力也稍有增加。总体而言,方案没有引起头门岛北侧水域不利于开发建港的潮动力变化。通过对不同疏港公路方案和规划港区方案实施引起的工程海域流场变化和潮动力的分析论证得出,疏港公路全实堤形式会引起规划港区水域的潮流速较大幅度地减弱,在此基础上港区按规划方案建成后,港池和航道均有较严重淤积。疏港公路麂晴山至大竹山段开口2 km、大竹山至头门岛实堤方案有利于保护性开发头门岛港口资源。研究表明,从潮流泥沙角度而言,头门岛北侧水域也具备建港条件。     

潮汐电站建坝对乳山湾水动力环境影响的数值模拟研究

采用不规则三角网格和有限体积方法的FVCOM模型,对山东省乳山口湾进行了潮汐电站建坝前水动力环境的现状模拟和建坝后的预测模拟,模式结果与实测数据吻合良好。在此基础上对建坝前后乳山口湾,潮位特征、流场及余流场分布情况、海湾自净能力等水文环境要素进行了对比,系统分析了乳山口湾水文动力环境要素特征以及潮汐电站建坝对乳山口水动力环境的影响。     

岸线变迁对大连湾内湾海域纳潮量的影响

根据海图资料统计了1979年、1988年、1998年和2009年大连湾及3个内湾岸线和海域面积变化情况,并运用MIKE21软件建立这4年的潮流场模型。然后,基于潮流场数值模拟的数据计算了1979年和2009年大连湾及3个内湾动态纳潮量,并与用潮差和面积计算的静态纳潮量比较,明确对于水位与潮滩面积关系复杂、海域面积较小的海湾应选用动态纳潮量方法。最后,计算了1988年和1998年3个内湾的动态纳潮量,发现近30年间的围填海工程使得大连湾纳潮量减少15%,3个内湾纳潮量均减少50%。     

水动力数值模拟的发展方向

水动力数值模拟是海岸工程、水运工程和环境工程中重要的模拟方法,它随着近代电子计算机和数值计算方法的发展而发展.