基于FVCOM模式钱塘江河口涌潮三维数值模拟研究

应用FVCOM模型进行钱塘江涌潮的二维和三维数值模拟,并使用2007年10月大潮期间的现场观测结果进行模型验证。结果表明,平面二维模拟结果与实测值吻合较好,与基于Godunov算法求解钱塘江涌潮二维特征的结果基本一致。三维计算结果再现了流速在垂向上的差异,以及在落潮转向涨潮时刻,涨潮先从底部开始,垂向上从底层向表层逐步从落潮流转为涨潮流。敏感性分析显示模型网格大小和曼宁系数的选取对模拟结果有较大的影响。     

长江口南汇咀岸滩围垦工程潮流数值模拟研究

南汇咀岸滩地处长江河口最大浑浊带,是长江河口淤涨速度最快的岸滩,是上海市规划围垦的重点区域。目前上海在南汇咀岸滩上已实施了围垦工程,围垦工程改变了长江口南汇岸线,也改变了南汇咀的水动力条件。为了解围垦工程实施后的水动力条件的变化,本文利用Delft3D-flow建立了长江口-杭州湾垂向平均的二维水动力模型,在对现场实测资料验证良好的基础上,对南汇咀海域围垦工程前后的潮流场进行了数值模拟,就围垦工程对周边海域的影响进行了分析研究。同时,对比南汇咀围垦前后的海图,采用GIS方法分析地形变化,利用地形变化来进一步验证海域的水动力变化。结果表明:工程后,杭州湾北岸流速增强,地形冲刷加剧;南汇东滩流速减弱,地形淤涨。     

潮流对老虎石海滩养护工程响应的数值预测

为研究老虎石海滩养护工程对老虎石浴场及周围岬湾的水动力环境的影响,利用MIKE 21建立工程区海域二维潮流数学模型,通过实测流速、流向对模型进行验证,将验证后模型参数运用到工程设计方案下潮流场的模拟,比较分析工程前后水动力环境的变化。潮流场比较结果表明,修建潜坝会使得工程及其附近的潮流场发生小幅变化,但对该海域整体的潮流动力环境影响甚微。工程后老虎石海域的潮流动力仍然很弱,对保存海滩上人工养护的泥沙是非常有利的。     

瓯江口外洞头岛北岙后涂围垦工程潮流数值模拟研究

通过建立基于不规则三角形差分法的洞头岛附近海区二维潮流数学模型,在对现场实测资料验证的基础上,对北岙后涂围垦工程前后的潮流场进行了数值模拟,就北岙后涂围垦工程对周边海区的影响及围塘根部的冲刷情况进行了分析研究。分析研究结果表明,围垦工程不会对客运和货运码头及航道通航条件产生明显影响,对洞头峡的涨落潮水流、三盘大桥桥墩及其通航孔基本没有影响;单纯潮流对围塘根部冲刷的可能性很小,因此,围垦工程是可行的。     

海阳中心渔港建设对附近海域冲淤的数值模拟预测

利用MIKE21二维水动力模型,对海阳中心渔港建设前,以及两种预选方案建设后海域潮流分别进行数值模拟。在潮流模拟验证正确的基础上,建立了海底冲淤预测模型,预测了工程建设前后静风条件下全年冲淤趋势。并运用MIKE21Coupled ModelFM模块,模拟了极端天气条件（SE15m/s大风）浪流共同作用下工程附近海域的冲淤情况。根据方案建设前后潮流场、冲淤趋势进行分析,确定最优方案,为海阳中心渔港的规划设计提供决策参考。     

围垦对舟山群岛海域潮流结构及潮能分布影响研究

舟山群岛海域潮能丰富,近年来大面积的围垦工程影响了邻近海域的潮流结构与潮能分布特征。基于FVCOM(finite volume coastal ocean model)三维水动力数值模型,选取1984年、2010年、2019年三个代表年份,探讨围垦工程影响下舟山群岛海域潮流结构与潮能分布的时空变化状况。结果显示:1984年至2010年间围垦面积相对不大,且较为分散,主要改变外海进入杭州湾各通道的潮能分配,对能量耗散的影响较小。2010年至2019年间的围垦工程缩窄了潮汐通道,流速增大使得螺头水道及邻近水道的潮能增加,近底流速增大与较强湍流涡旋的产生,使得围垦工程周边海域能量耗散更为集中。     

潮汐动力场准三维值模拟

本文建立了适用于海岸潮汐动力环境模拟的准三维数学模型,其特点是在成功实现二维全流模型计算的同时,求解流速差值（即流速与其垂线平均值之差）方程组,从而获得潮流速的垂直分布,并使两者结果相一致。在验证计算和应用于复杂海域的研究计算中,数值结果不仅与分析解取得一致,而且与实测值符合较好,证明该模型是实用有效的。     

九龙湾海域整治工程的水动力及水质影响数值研究

对威海九龙湾海域进行二维水动力-谱波和水动力-水质的耦合计算?分析,研究堤防建设工程前后潮流场、波浪场的变化,并对工程导致的水质变化进行数值计算、分析。潮流场的数值计算结果与实测潮位、流速、流向值进行对比,验证了该模型的准确性。计算结果表明,工程建设对海域潮流场的影响主要集中在距工程位置1.3km范围以内海域;工程建设改变了周边的波浪传播方向,使得掩护范围内的水域的波浪作用明显减弱,有利于后方岸滩的保护;施工期所产生悬浮泥沙对海洋环境的影响主要位于施工区1km范围内,其范围以外海域受到的影响不大。     

徐圩港区邻近海域溢油模拟分析

利用MIKE21水动力模型对徐圩港区附近海域进行潮流数值模拟,并利用实测资料对模型计算的潮位、流速及流向进行验证。验证结果显示:数模结果与实测值吻合较好。该潮流数学模型可以反映研究海域水动力特性,并作为溢油模块的水动力基础数据。基于欧拉-拉格朗日"油粒子"理论考虑油膜运动过程中扩散、蒸发、乳化等过程,建立了徐圩港区邻近海域二维溢油扩散模型,模拟不同潮时情况下发生溢油,考虑不同风况(夏季常风向、冬季常风向和最不利风向),分析不同情况下的溢油油膜漂移路径、漂移路程及扫海面积。结果表明:72 h内油膜最大扫海面积及漂移路程均出现在落潮期最不利风时溢油,分别为28.2 km2和25.8 km。在夏季常风和最不利风的落潮期发生溢油,油膜会经过口门飘向西北侧海域,对该区域生态环境会造成一定影响。     

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。     

舟山凉潭岛填海工程对水动力及海床演变影响的模拟预测分析

用一个三维(ECOMSED)模式对舟山凉潭岛填海工程前后的潮流场变化进行模拟,做出预测。潮流场模拟结果与实测基本吻合。经分析可知,工程对潮流的影响主要在围堤的东南角小范围内:工程后流速明显减小,造成淤积现象,但淤积程度不大,1年后的淤积为13cm左右,5年后的淤积为0.8—1.2m左右。工程对较深水层的潮流运动影响很小。通过对施工期间产生的悬浮物在涨落潮时的分布模拟可知,涨潮时,悬浮物从工程区域的一个悬浮物源不断排出,主要对工程附近及其上游地区造成一定的影响;落潮时,悬浮物主要影响工程外围及其下游地区,整个落潮期间悬浮物能影响的范围比涨潮期间要大。总体上工程对该附近海域的潮流场及冲淤影响很小。     

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。     

Three-dimensional numerical experiments on tidal exchange through a narrow strait in a homogeneous and a stratified sea

We have investigated the three-dimensional Lagrangian motion of water particles related with tidal exchange between two basins with a constant depth connected through a narrow strait and the effects of density stratification on the exchange processes by tracking a number of the labeled particles. Tide-induced transient eddies (TITEs), which are similar to those in two-dimensional basin, are generated behind the headlands. Upwelling appears around the center of the eddy and sinking around the boundary. When the basins are filled with homogeneous water, a pair of vortices are produced in the vertical cross section of the strait due to bottom stress, with upwellings along the side walls of the strait and sinking in the center of the strait. These circulations form the horizontally convergent field in the cross-strait direction in the upper layers while the horizontal divergence takes place in the bottom layer. These vertical water-motions produce the three-dimensional distribution of velocity shear and phase lag of the tidal current around the strait, and the Lagrangian drifts of water particles become large. As a result, water exchange through the strait is greatly enhanced: The water exchange rate reaches 94.1% which is much larger than that obtained in the vertically integrated two-dimensional model. When the basins are stratified, the stable stratification suppresses the vertical motion so that a pair of vertical vortices are confined in the lower layers. This leads to a decrease in the exchange rate, down to 88.6%. Our numerical results show that the three-dimensional structure of tidal currents should be taken into account in tidal exchange through a narrow strait.     

渤海湾大规模围填海导致的岸线变化及潮流场响应分析

本文以21世纪初渤海湾大规模的围填海工程为背景,对2000-2015年典型年份的卫星遥感影像资料进行了岸线提取,并分析了其时空演变规律.以此为基础,建立了不同岸线及地形条件下的渤海湾水动力数值模型,计算结果与塘沽、黄骅港和东风港三个潮位观测站的实测数据吻合良好.模拟结果显示:渤海湾大规模围填海工程的建设使得三个主要工程...     

围垦工程引起多年海岸冲淤演变的经验计算方法

提出了一个改进的经验公式,用以计算围垦工程引起的淤泥质海岸多年冲淤演变。该经验公式假定在年时间尺度上,地形变化与潮流场变化具有密切联系。引入了一个冲刷折减系数,将传统公式的适用范围从淤积计算拓展到可以同时计算冲刷和淤积。建立了冲淤率年际变化与水深变化之间的关系式,可节省计算时间。将改进公式应用于江苏沿海小庙洪水道,较好地复演了边滩围垦工程影响下周边地形在3年时间内的演变,表明所改进的公式具有一定的可靠性。     

南汇东滩圈围工程对长江口河势影响的数值模拟分析

基于验证的MIKE21软件长江口二维潮流数值模型,计算和重点分析了南汇东滩促淤圈围工程对长江口南槽、北槽和横沙通道的影响。结果表明:南汇东滩促淤圈围工程束窄了南槽下段河道,较大幅度地减小了该段的潮流量;但南槽中段以下河段流速增加幅度较大,河槽将会刷深,河势将得到发展;江亚北槽将会得到发展,北槽中段泥沙淤积现象将会加剧;横沙通道涨落潮流量大幅减少,横沙通道涨落潮流量与南槽涨落潮流量存在非常高的相关性,这对横沙通道作为航道开发和利用会带来较为不利的影响。     

Three-dimensional structure of tidal current in the East China Sea and the Yellow Sea

A three-dimensional tidal current model is developed and applied to the East China Sea (ECS), the Yellow Sea and the Bohai Sea. The model well reproduces the major four tides, namely M₂, S₂, K₁ and O₁ tides, and their currents. The horizontal distributions of the major four tidal currents are the same as those calculated by the horizontal two-dimensional models. With its high resolutions in the horizontal (12.5 km) and the vertical (20 layers), the model is used to investigate the vertical distributions of tidal current. Four vertical eddy viscosity models are used in the numerical experiments. As the tidal current becomes strong, its vertical shear becomes large and its vertical profile becomes sensitive to the vertical eddy viscosity. As a conclusion, the HU (a) model (Davieset al., 1997), which relates the vertical eddy viscosity to the water depth and depth mean velocity, gives the closest results to the observed data. The reproduction of the amphidromic point of M₂ tide in Liaodong Bay is discussed and it is concluded that it depends on the bottom friction stress. The model reproduces a unique vertical profile of tidal current in the Yellow Sea, which is also found in the observed data. The reason for the reproduction of such a unique profile in the model is investigated.     

西洋东大港水道流速垂线分布研究

对辐射沙洲海域东大港4#站位连续2个潮周期的流速测量资料进行了分析、研究,拟合给出了流速垂线分布关系,并根据实际测量资料确定了该站位6个水层的浑水水流尾流函数项表达式。这些表达式表明浑水水流尾流函数是相对深度和摩阻速度的函数。探讨分析了尾流函数的空间分布和潮周期过程。非恒定流的水流尾流函数项的准确表达,对于揭示含沙水流流速结构及水、沙相影响作用规律将起到启发和推动作用。