青岛海湾大桥对胶州湾潮汐、潮流及余环流的影响预测——Ⅱ.预测方法的探讨

旨在预测青岛海湾大桥对胶州湾潮流场产生的影响,首先对桥墩附近流场进行了数值计算,阐明了桥墩对流场影响的范围及程度,提出预测潮流变化所需的参数,尔后,对预测中所用替代方法的可行性进行了探讨。     

胶州湾潮汐潮流高分辨率数值模拟研究

基于采用无结构网格和有限体积方法的FVCOM陆架模式,考虑8个主要的天文分潮,建立胶州湾三维高分辨率数值模型来重现和研究其潮汐潮流变化状况。与实测资料对比验证表明,模拟结果与实测值吻合较好。在此基础上,根据模拟结果计算得到了较以往更为精细的同潮图和潮汐、潮流、余流分布特征。研究结果揭示,最大可能潮流和最大余流都发生在团岛附近,流速分别可达2.14和0.43 m/s;除了湾口附近前人报道过的4个余流系统外,还在中部首次揭示了2个相对较弱的余流系统;潮流能通量在内外湾口呈"左进右出"的结构;胶州湾的平均纳潮量为8.31亿m3;染色试验表明,胶州湾30 d的水交换率为36.8%。     

胶州湾潮汐潮流高分辨率数值模拟研究

基于采用无结构网格和有限体积方法的FVCOM陆架模式,考虑8个主要的天文分潮,建立胶州湾三维高分辨率数值模型来重现和研究其潮汐潮流变化状况.与实测资料对比验证表明,模拟结果与实测值吻合较好.在此基础上,根据模拟结果计算得到了较以往更为精细的同潮图和潮汐、潮流、余流分布特征.研究结果揭示,最大可能潮流和最大余流都发生在团岛附近,流速分别可达2.14和0.43 m/s;除了湾口附近前人报道过的4个余流系统外,还在中部首次揭示了2个相对较弱的余流系统;潮流能通量在内外湾口呈“左进右出”的结构;胶州湾的平均纳潮量为8.31亿m3;染色试验表明,胶州湾30 d的水交换率为36.8％.     

胶州湾潮汐潮流的数值计算

自从1952年Hansen提出用数值计算的方法求解潮汐方程以来,数值计算方法在国外已有了长足的进展,国内也得到了越来越多的应用。1969-1978年,在潮流大面预报工作中,我所与国家海洋局科技情报研究所等单位合作,对黄海东部、东海、朝鲜海峽、台湾海峡等海区进行了潮汐潮流的数值计算。在这些计算中,略去了非线性平流加速度的影响,这在水较深的中型海区是完全允许的;但在浅海,当未扰动水位之上的水表面高度可与平均水深相比拟时,平流项就不能省略。一九七九年,山东海洋学院王化桐等人采用Leendertse的差分格式对胶州湾进行了数值计算,考虑了非线性平流加速度的影响,但该格式以海图0米等深线作为固定的水-陆边界,没有考虑到潮间带。为了计算近岸浅水海区的潮汐潮流,本文采用R.A. Flather和N.S. Heaps的格式,编制了在108-乙机上计算任意形状近岸浅水海区潮汐潮流的手编程序,并以胶州湾为例进行了试算。 在试算时,我们用四组计算对非线性平流加速度的影响和潮间带的影响进行了比较，得出了在胶州湾这样的潮间带约占四分之一的近岸浅水海区,潮间带的影响比非线性平流加速度的影响更加明显的结论。 这四组计算是： I.不考虑潮间带(以平均水深0米作为固定的水-陆边界,并略去了平流项)； Ⅱ.不考虑潮间带,但考虑平流项； Ⅲ.考虑潮间带(海陆边界沿网格移动),但略宏平流项; IV.考虑潮间带,又考虑平流项.     

青岛海湾大桥对胶州湾潮汐、潮流及余流的影响预测——Ⅲ.预测方法及预测结果

在潮流数值模型中,采取了如下办法表示桥墩:桥墩造成的截水面积通过减小水深来实现,桥墩的阻尼通过增加底摩擦实现。根据以上水深处理和水力学实验给出的阻尼系数,在胶州湾及邻近海域计算潮流场基础上,预测了青岛海湾大桥对胶州湾潮汐、潮流及余流的影响。     

胶州湾及其邻近海域潮流和污染物扩散的数值模拟

采用曲线网格技术,将ECOMSED模式应用于胶州湾的潮流和污染物COD的稀释扩散研究,建主了一个三维保守污染物COD输运的对流扩散数值模型,对胶州湾M2分潮和COD污染状况进行了模拟。结果表明,胶州湾及其附近海域存在许多大小、强弱和旋转方向不同的余流涡;湾内COD浓度东部比西部高,湾口外的COD浓度等值线成舌状分布,向东伸展;余流和COD浓度垂向分布差异并不显。模拟结果与胶州湾的实测资料符合较好。     

泰国湾及邻近海域潮汐潮流的数值模拟

本文基于FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model)模式,模拟了泰国湾及其周边海域K1、O1、M2和S2四个主要分潮。采用47个验潮站实测调和常数与模拟结果进行比较,所得4个分潮的均方差分别为4.06cm、3.76cm、8.22cm和4.71cm,符合良好。根据计算结果分析了泰国湾及其周边海域的潮汐、潮流的分布特征和潮波的传播特征。数值试验表明,现有的数字水深资料(ETOPO1,ETOPO5,DBDB-V)的准确度不足以合理地模拟泰国湾潮波。     

深圳湾海域环境容量及污染总量控制研究——I.潮汐、潮流数值模拟

基于美国普林斯顿大学的POM(Princeton Ocean Model)模型,将干湿网格技术引入到模型中,利用模型的外模式(二维)对深圳湾海域的潮汐、潮流和余流进行了数值模拟研究。模拟结果与实测值吻合较好。计算结果表明:深圳湾海域属不正规半日潮,水平潮流具有明显的往复流性质,主要呈西南—东北走向;落潮流速略大于涨潮流速;受地形及陆地河流径流的影响,湾中到湾口及航道附近流速较大,湾顶和靠近香港的滩涂部分流速较小;深圳湾余流场较弱,余流流向指向湾外;整个深圳湾水交换较弱,海域自净能力较差。     

基于FVCOM的獐子岛附近海域三维潮汐潮流数值模拟

基于采用不规则三角网格的海洋模型FVCOM(An Unstructured Grid, Finite Volume Coastal Ocean Model), 对獐子岛附近海域的潮汐、潮流进行了精细化数值模拟研究, 模拟的潮汐、潮流与实测值符合良好, 表明建立的该海域精细化潮汐潮流数值模型合理可靠。依据计算结果绘制了M2、S2、K1和O1分潮的同潮图和潮流椭圆图, 并对该海域潮汐潮流特征进行了系统分析。结果表明, 獐子岛附近海域的潮汐主要以规则半日潮为主, 水平潮流多为旋转流, 旋转方向大部分为逆时针; 近岸海区和水道之间多为往复流, 在大鹿岛以南海域也存在一往复流的区域。在123.75°E以东存在一顺时针旋转的区域。由潮余流场的特点可看出, 獐子岛等各岛屿周围均形成气旋式的绕岛流, 流速一般位于8—12cm/s之间, 离岸线较远的外海区域余流较小, 只有1—2cm/s。本文所得结论, 有助于增加对整个獐子岛海域潮汐潮流特性的全面认识。     

基于FVCOM的廉州湾及周边海域三维潮汐潮流数值模拟

基于采用不规则三角网格和有限体积方法的FVCOM模式,建立廉州湾三维潮流数值模型来重现廉州湾及周边海域的潮位和潮流变化状况。根据模拟结果计算得到了较以往更为精细的廉州湾及周边海域K₁、O₁和M₂分潮的同潮图,并计算了由此3个分潮引起的潮汐不对称的变化情况。K₁和O₁分潮在廉州湾外主要以驻波的形式存在,进入廉州湾后转化为前进波;M₂分潮在廉州湾外主要以前进波的形式存在,进入廉州湾后前进波特征更为明显。K₁和O₁分潮流在廉州湾外以旋转流为主,在廉州湾内以往复流为主;M₂分潮流在整个研究海域以往复流为主。由潮余流场的分布特点可以看出自南向北由外海进入廉州湾的潮余流,在冠头岭处分为两支,一支逆时针转向西,另一支被冠头岭阻挡在其南侧形成顺时针封闭环流。在廉州湾内部同时存在2个环流系统,湾顶的气旋式环流和口门处的反气旋式环流。     

基于FVCOM的廉州湾及周边海域三维潮汐潮流数值模拟(英文)

基于采用不规则三角网格和有限体积方法的FVCOM模式,建立廉州湾三维潮流数值模型来重现廉州湾及周边海域的潮位和潮流变化状况。根据模拟结果计算得到了较以往更为精细的廉州湾及周边海域K1、O1和M2分潮的同潮图,并计算了由此三个分潮引起的潮汐不对称的变化情况。K1和O1分潮在廉州湾外主要以驻波的形式存在,进入廉州湾后转化为前进波;M2分潮在廉州湾外主要以前进波的形式存在,进入廉州湾后前进波特征更为明显。K1和O1分潮流在廉州湾外以旋转流为主,在廉州湾内以往复流为主;M2分潮流在整个研究海域以往复流为主。由潮余流场的分布特点可以看出自南向北由外海进入廉州湾的潮余流,在冠头岭处分为两支,一支逆时针转向西,另一支被冠头岭阻挡在其南侧形成顺时针封闭环流。在廉州湾内部同时存在两个环流系统,湾顶的气旋式环流和口门处的反气旋式环流。     

青岛胶州湾大桥建设对周边海域水动力环境影响的数值研究

应用MIKE21建立胶州湾平面二维潮流模型,对青岛胶州湾大桥建设前后胶州湾内的潮流场进行数值模拟,探讨了青岛胶州湾大桥建设对周边海域的潮位、潮流、潮通量等水动力环境的影响。通过胶州湾大桥两侧的连续实测海流、潮位资料与模拟结果进行比较,可以看出两者趋势基本符合,说明该模型能够较精确地反映胶州湾大桥建设前后的潮流场分布情况。计算结果表明,大桥的建设具有一定的阻流作用并减小了过水断面,从而对周边海域的水动力环境产生一定的影响,但对胶州湾整体潮流场改变较小,影响范围限于桥位南北1.5km范围内。     

山东半岛近海潮汐及潮汐、潮流能的数值评估

山东半岛电力结构单一,但地理优势显著,因此发展海洋能产业对于半岛能源结构的优化及缓解能源供应不足具有十分重要的意义。本文运用数值模拟手段模拟了渤、黄海的潮流场并进行了模拟结果的验证;对潮汐和潮流进行调和分析并计算了平均潮差、大潮平均最大流速;使用近似公式计算了山东半岛近海海域的潮汐能和潮流能并进行了分级。研究表明,理论装机容量为800kW/km2的区域分布在山东半岛靖海湾以南,属于中等势能区;理论最大功率密度为0.50kW/m2的区域分布在山东半岛数个岬角、海湾处,属于中等动能区。本文通过对山东半岛海洋能的初步评估,为未来海洋能的开发提供理论支持。     

胶州湾跨海大桥对海湾水体交换的影响

跨海大桥的建设有利于环湾经济的发展,但桥墩入水不可避免地会对海湾内水动力和水交换造成一定的影响。本文以胶州湾为例,利用无结构网格有限体积海洋模型,建立了能够描绘胶州湾跨海大桥入海桥墩的高精度网格,构造了胶州湾及邻近海域的三维水动力模型,模拟了胶州湾建桥前后的潮(余)流结构。在此基础上,通过污染物示踪对比了胶州湾内污染物在建桥前后的对流扩散过程。模拟结果表明,大桥的建设对胶州湾南部大部分区域的影响较小,包括潮(余)流、水交换等方面;但对大桥北侧以及南侧靠近大桥一定范围内的区域有显著影响。大桥北侧潮致余流整体减小约2cm/s,靠近桥南侧的余流则由向北转为沿桥向东流动。由于大桥的影响,污染物在大桥北侧堆积,重点集中于桥北的红岛以西(Ⅰ区)沿岸区域以及红岛以东(Ⅱ区)大部分区域。其中,Ⅰ区建桥后的半交换时间增加了2.00d,Ⅱ区增加了2.04d。在减缓污染物扩散速率的同时,大桥也同样阻碍了径流输出的淡水向胶州湾南部的输运,使得桥北水体的盐度降低,有可能是造成近年来胶州湾冬季冰情加剧的原因之一。     

有机农药六六六对胶州湾海域水质的影响——水域迁移过程

根据1979—1984年(缺少1980年)的胶州湾水域调查资料,分析了胶州湾水域有机农药六六六(HCH)的垂直分布,提出了六六六的水域迁移过程,研究结果表明,此过程出现3个阶段:从污染源把六六六输出到胶州湾水域、把六六六输入到胶州湾水域的表层、六六六从表层沉降到底层。在胶州湾,六六六的垂直分布按照时空分布来划分区域。在时间尺度上,一年中的春季、夏季和秋季;在空间尺度上,把胶州湾水域分为3部分水域:湾内、湾口和湾外。通过不同的时空区域六六六的垂直分布,进一步提出了六六六的水域迁移机制,阐明了六六六垂直分布的规律及原因。     

青岛浮山湾数值化海区建立的研究——浮山湾潮流模型的数值计算

应用二维潮流数学模型(在近岸海域采用不规则三角形网格有限差分方法)对青岛浮山湾的潮流场进行了数值模拟计算,并预测了工程建成后海区流场的变化。数值模拟结果表明,帆船比赛基地港池及附近水域计算区域内验证点的模拟流速与原型观测值一致,较好地再现了浮山湾的流场变化情况,为2008年北京奥运青岛帆船赛场的规划和建设提供了科学依据。     

胶州湾水交换及湾口潮余流特征的数值研究

利用基于普林斯顿海洋模式建立的胶州湾及临近海域潮汐潮流数值模型,结合胶州湾口走航式声学多普勒海流剖面仪(ADCP)测流资料,研究了胶州湾口的潮(余)流特征,并在潮流模型的基础上耦合建立了水质模块,模拟了胶州湾的水交换过程。考虑M2,S2,K1,O1,M4和MS4六个主要分潮,胶州湾口潮流场的模拟与ADCP观测数据吻合较好。外湾口水道上的潮流非常强,大潮期间观测到201 cm/s的峰值流速。团岛岬角的两侧分别存在一个流向相反的余流涡旋,两涡旋在团岛附近辐合,形成了57 cm/s的离岸强余流。整个胶州湾平均水体存留时间为71 d,平均半交换时间为25 d。胶州湾水体交换能力在空间分布上有很大差异:湾口海域最强,向湾顶逐渐减弱。湾内存在两个弱交换区,分别位于湾的西-西南部和东北端,水体存留时间多超过80 d,湾西局部水域最长达120 d,而半交换时间也大多超过40 d。潮流场的结构、强度,以及与湾口距离的远近是造成湾内水交换能力空间差异的主要原因。     

连云港近岸海域物理自净能力研究及水质预测——Ⅰ.西大堤工程对潮流场的影响

采用有限差分解法,建立了连云港近岸海域二维固定边界和变边界潮流数值模型。分别对现状流场和西大堤建成后的流场进行计算和预测。得出了潮波图,潮流椭圆图,最大流速分布和不同时刻的流场图,计算结果与实测值吻合良好。     

“环湾保护、拥湾发展”战略背景下的胶州湾及邻近海域生态环境问题研究

文章分析了胶州湾及邻近海域的生态环境问题,并提出建立胶州湾及邻近海域生态监控区的设想,进一步提出相应的对策建议。     

“环湾保护、拥湾发展”战略背景下的胶州湾及邻近海域生态环境问题研究

文章分析了胶州湾及邻近海域的生态环境问题,并提出建立胶州湾及邻近海域生态监控区的设想,进一步提出相应的对策建议。