海南陵水新村港潮汐汊道演变及其稳定性分析

根据海南陵水新村港附近海区的卫星遥感图及其潮汐汉道的动力场，分析该潮汐汉道的演变状况及其泥沙动力机制，着重于其落潮三角洲的地貌演变与落潮主水道的动力过程，计算分析了其稳定性。研究结果表明，新村港潮汐汉道的落潮主水道表现出有规律的演变，汉道口门稳定性比较高，但其落潮主水道不太稳定。     

用一维水力学方程求取泻湖水位及潮汐汊道断面流速——以海南陵水新村港为例

本文通过一维水力学运动方程及连续性方程,得出一个反映泻湖水位变化的二阶非线性有阻尼的强迫振动方程,采用龙格-库特四步格式进行求解,并以海南陵水新村港为例,计算了泻湖水位及潮汐汊道的断面流速.研究结果表明:(1)一维水力学方程可容易地求得泻湖-潮汐汊道体系中泻湖内的水位及汊道的断面流速,计算简单快捷.(2)一维水力学方程可分析潮汐汊道体系中的一些基本现象.如潮汐汊道对潮波的"过滤器"特征;由于泻湖-潮汐汊道体系的阻尼系数较大所导致的潮波自外向泻湖传播时衰减剧烈;径流对泻湖水位及汊道流速产生有利于落潮优势的影响;风可使泻湖水位抬升或下降等.(3)无论是否考虑泻湖与潮汐汊道面积随水位的变化,一维水力学方程都具有相当大的缺陷.由于其不能反映泻湖内地形的空间变化,也不能解决漫滩与归槽等过程,在外海潮波无次生波的情况下,它本身不能产生次生潮波,因而不能正确地反映潮汐汊道体系的涨落潮历时与流速不对称,从而不能分析泥沙的净输运及潮汐汊道的稳定性问题.(4)新村港泻湖-潮汐汊道体系中潮汐汊道的断面面积大小对整个体系的稳定性及演变趋势起着控制作用.     

建立潮汐汊道P-A关系的沉积动力学方法

在均衡状态下，潮汐汉道系统的纳潮量(P)与口门面积(A)之间存在着较稳定的关系，通常用幂函数形式来表达。计算P-A关系的传统O’Brien方法因其统计性质无法给出单一潮汐汉道的P-A关系。根据沉积动力学原理，每个潮汐汉道的P-A关系都受涨落潮历时、断面平均流速、口门形态、纳潮量、淡水径流量、沿岸毛输沙量和沉积物粒度等因素的控制，对上述因素的每一种组合，都有对应的均衡态P-A关系。作者在前人工作的基础上，尝试着建立了计算单一潮汐汊道P-A关系的沉积动力学方法，并以山东半岛月湖为算例对该方法的应用进行了讨论。结果表明，均衡态潮汐汉道的P-A关系的指数n稳定在1．15左右，而系统C的变化较大。     

潮汐汊道及其沙滩的安全风险和动力机制

为提高海水浴场的安全性,避免发生溺水事故,文章以潮汐汊道及其沙滩的动力地貌结构和发育演变为基础,研究青岛市灵山湾城市阳台海水浴场沙滩的安全风险和动力机制,并提出风险防范建议。研究结果表明:河口潮汐汊道落潮流三角洲的潮汐水道延伸至沙滩滩面,高潮时淹没,落急时水流集中,形成流向外海的高速水流,极易引发海水浴场安全事故;区域落潮流与汊道落潮流相叠加、落潮流三角洲阻挡沿岸输沙造成下游局部岸段侵蚀以及沿岸输沙变化导致水道迁移摆动等因素进一步加大潮汐汊道附近沙滩的安全风险;安全风险最大的地点位于沿岸输沙下游与区域落潮流流向一致的潮汐水道末端附近沙滩,且该位置不稳定,随波浪场发生年际和季节变化;在潮汐汊道沙滩岸段设置海水浴场前应研究其动力地貌和发育演变,划分危险区和安全区,浴场设置后定期监测并确定危险区的位置,并在沙滩安全维护和质量评价等方面将潮汐汊道作为重要判定指标。     

非结构网格三维斜压模型研究人类活动对海南岛清澜潮汐汊道水动力影响

清澜潮汐汊道为海南岛东部一个典型的泻湖-潮汐汊道-沙坝系统,由于其优越的自然条件而成为开发的重点区域。近几年的人类活动主要包括:口门西侧的围填工程,航道的疏浚和八门湾泻湖内的围塘工程。采用SELFE模型,结合观测资料,研究了不同人类活动对潮汐汊道的潮波、潮通量与涨落潮历时、河口重力环流、盐水入侵和河口羽流的影响。结果表明不同的人类活动其对动力的影响不同,口门西侧围填工程减小了潮汐汊道的潮差,对潮通量和盐水入侵影响很小;航道疏浚则加大了潮差和潮通量,加强了河口环流和盐水入侵;泻湖内围塘工程使潮差有所增大,但减小了潮通量,对盐水入侵的影响不显著。口门西侧围填工程改变了河口羽流的路径,而航道疏浚则使河口羽流更加向海扩散。     

波流联合作用下海底管道侧向运动数值分析

研究旨在提出波流联合作用下海底管道侧向运动数值模拟分析方法。通过建立三维离散刚体模拟海床,梁单元模拟海底管道,设置了两个载荷步模拟管道与土壤接触的过程,解决了实体模型不易收敛的问题。分析了不同管—土法向行为接触刚度、不同管—土切向行为摩擦系数、不同波流参数以及不同单位长度管道水下质量对海底管道侧向运动的影响。研究表明：海底管道的最大等效应力、最大侧向位移、最大接触压力以及最大横向摩擦剪应力对于管—土法向行为接触刚度的变化并不敏感;管道的最大侧向位移随着管—土切向行为摩擦系数增大而减小,呈现出线性变化的关系;当波高一定时,管道的最大侧向位移随着流速的增加而增大,并且波高越小,最大侧向位移随流速增加的速度明显越大;管道最大侧向位移随着单位长度管道水下质量的增加而减小,并且呈现出线性变化的关系。     

山东荣成月湖潮汐汊道的时间-流速不对称特征

月湖是山东半岛东端的一个小型潮汐汊道.在月湖进行了潮位、潮汐观测及地形测量,运用两种方法从潮位记录推算出口门落潮主干道垂线平均流速和断面平均流速.发现除涨潮优势型和落潮优势型外,月湖还表现出另外两种时间-流速不对称,即涨潮历时大于落潮历时且涨潮流速大于落潮流速、涨潮历时小于落潮历时且涨潮流速小于落潮流速.月湖的时间-流速不对称特征与不规则潮汐、涨(落)潮的流速跟潮位的匹配关系、汊道口门的断面形态、口门特殊的水流结构及循环过程等因素有关.时间-流速不对称类型的研究,对于理解潮汐汊道系统的沉积动力行为及进行人工整治有一定意义.     

纽约长岛一个小型潮汐汊道的水力学与地貌动力之间的短期相互作…

为了研究潮汐通道水力学与地形变化的机制及汊道对邻近海滩的影响，我们详细观测了一个小型潮汐汊道水力学与地貌的演变过程。由于波浪输沙大于潮流冲刷，汊道的水文与地貌发生了剧烈的变化，最后在观测的第八天就座淤闭了。波浪输沙形成汊道内的浅滩，汊道口门断面面积，引起了摩擦效应加大，使汊道水流经历了由落潮为主向涨潮为主的转化过程。     

黄渤海沿岸海湾─溺谷型潮汐汊道的地貌结构

本文以丁字湾等基岩海湾为例，论述了黄渤海沿岸海湾－溺谷型潮汐汉道的地貌结构，尤其着重于口门段深槽及涨、落潮三角洲。认为涨、落潮三角洲的发育状况与入湾河流的供沙量、纳潮水域容量、被浪作用、潮差以及口少卜海域的开阔程度有关；泻湖型潮汐汉道的落潮三角洲的典型模式可以应用于海湾－溺谷型潮汐汉道，但涨潮三角洲因受基岩海湾的复杂岸线的限制而不能充分发育。本文还讨论了海湾型潮汐汉道与半开敞海湾在动力和形态中的差异。     

黄渤海沿岸潮汐汊道的P－A关系

本文计算了１５个潮汐汊道的大潮潮棱体Ｐ及平均海面下口门最小过水断面积Ａ之间的回归方程式。黄渤海沿岸潮汐汊道的天然状态下的Ｐ－Ａ关系为：Ａ＝０．０８４５Ｐ１．０２０。Ｐ与Ａ不仅具有密切的相关性，还有相当大的离散性，这主要与潮汐汊道所获取的泥沙丰度及潮汐汊道的发育阶段有关。与南海、东海沿岸Ｐ－Ａ关系的对比表明，中国海和海区Ｐ－Ａ关系中的常数Ｃ和ｎ差别不大。研究也表明，泻湖型和海湾－溺谷湾型两种潮汐汊道可求得统一的Ｐ－Ａ关系。但与滨临深水区的半环抱形海湾不同。后者主要因为没有较充裕的泥沙供应及海湾水域较为开敞，而不应列入潮汐汊道的范畴。     

Mean water level setup/setdown in the inlet-lagoon system induced by tidal action-a case study of Xincun Inlet, Hainan Island in China

With the tides propagating from the open sea to the lagoon, the mean water level （MWL） in the inlet and lagoon becomes different from that at the open sea, and a setup/setdown is generated. The change of MWL （setup/setdown） in the system imposes a great impact on regulating the development of tidal marshes, on determining the long-term water level for harbor maintenance, on the planning for the water front development with the flood control for the possible inundation, and on the interpretation of the historical sea level change when using tidal marsh peat deposits in the lagoon as the indicator for open sea＇ s sea level. In this case study on the mechanisms which control the setup/setdown in Xincun Inlet, Hainan in China, the 2-D barotropic mode of Eulerian - Lagrangian CIRCulation （ELCIRC） model was utilized. After model calibration and verification, a series of numerical experiments were conducted to examine the effects of bottom friction and advection terms, wetting and drying of intertidal areas, bathymetry and boundary conditions on the setup/setdown in the system. The modeling results show that setup occurs over the inlet and lagoon areas with an order of one tenth of the tide range at the entrance. The larger the bottom friction is, a larger setup is generated. Without the advection term, the setup is reduced clue to a decrease of water level gradient to compensate for the disappearance of the advection term. Even without overtides, a setup can still be developed in the system. Sea level rise and dredging in the inlet and tidal channel can cause a decrease of setup in the system, whereas shoaling of the system can increase the setup. The uniqueness of the Xincun Inlet with respect to MWL change is that there is no evident setdown in the inlet, which can be attributed to the complex geometry and bathymetry associated with the inlet system.     

胶州湾沉积环境与潮汐汊道演化特征

研究了胶州湾沉积物输运格局，沉积速率和潮汐汊道演化特征，结果表明，胶州湾口门水道内的悬沙净输运是从湾内指向湾外，湾内水体悬沙浓度终年较低，胶州湾的泥沙来源较少，沉积速率较低。历史上的围垦活动虽造成了纳潮量的减少，但口门过水断面面积并未减小。胶州湾是一个地貌演化缓慢，口站过水断面面积小于均衡状态面积的汊道系统。今后，可应用沉积动力学等方法确定维持港口和航道资源所需的纳潮量，结合纳潮海湾的环境保护和生态建设，定量地确定胶州湾的围垦潜力。     

海南岛莺歌海近岸的潮汐不对称与潮致余流研究

潮汐不对称与潮致余流在河口海岸区的物质输运中扮演着重要角色。已往的研究表明,在驻波占主导的河口海湾中,涨落潮的历时不对称与流速不对称有较为良好的对应关系。而潮致余流主要由地形与潮波的非线性作用所致。本研究以海南岛莺歌海附近为代表,结合实际观测与数值模型,研究复杂地形的开阔近岸区的潮汐不对称与潮致余流。结果表明,在莺歌海近岸区,涨落潮历时不对称皆表现为涨潮历时短于落潮历时,而流速不对称则出现复杂的空间变化。对流速不对称的机制分解表明,研究区的流速不对称主要由K₁、O₁与M₂的相互作用,以及潮余流与各潮汐分潮的相互作用所控制。其中前者产生涨潮流速大于落潮流速的涨潮优势,而后者则与余流的方向相对应,出现多个涨潮优势与落潮优势的区域。总体而言,研究区的流速不对称由余流与各潮汐分潮的相互作用所决定。这表明,采用涨落潮历时的不对称来确定潮汐不对称的方法在开阔近海区可能并不适用。对潮致余流的研究表明,研究区的欧拉余流远大于斯托克斯余流。欧拉余流表现为多个顺时针与逆时针的涡流。涡流分布与地形具有较好的对应关系,潮流沙脊区多发育顺时针涡流,而深槽区则以发育逆时针涡流为主。摩擦力在涡流的发育中起着重要作用。     

海南岛近岸养殖区台风浪预报技术研究

随着海南深水网箱养殖规模的不断扩大,海浪精细化预报的需求越来越紧迫。以海南岛周边海域为目标区域,基于近岸海洋模式ADCIRC(Advancedcirculationmodel)和海浪模式SWAN(Simulating WavesNearshore),建立了海南岛近岸养殖区台风浪数值预报系统。该系统采用非结构高分辨率网格,近岸分辨率达到了100m。选取2014年第9号超强台风"威马逊"(RAMMASUN)进行针对海南岛近岸养殖区的台风浪数值模拟后报。模拟结果与实测数据较为吻合。采用全球预报系统GFS(Global Forecast System)风场和气压场数据作为驱动场对2018年7月的一次热带风暴过程进行预报,48小时、24小时预报的有效波高和实测结果比较平均相对误差分别为20.75%和17.0%。总体来说,该模型的预报精度可以满足近岸养殖区台风浪预报业务的需求。     

渤海湾风浪场的数值模拟

采用SWAN模型对渤海湾在定常风和非定常风作用下的波浪场进行了模拟,并利用黄骅港附近波浪统计资料对模拟结果进行了验证。结果表明：SWAN模型较好地模拟了渤海湾在定常风和非定常风作用下风浪成长和传播过程。此外,还应用ADCIRC潮流模型,初步探讨了潮流对波浪要素的影响：(1)无流存在时,波高的成长和波周期的变化是一条光滑的曲线,但当有流加入时,由于其流速和水位在一个潮周期内随时间的变化足不均匀的,其对波浪成长产生影响,使波高和周期呈不规则变化;(2)波浪成长初期,流对波高增长的影响并不明显,但当波高增大到一定程度时,流的存在对波高的影响是很明显的。     

海南岛新村湾营养负荷对海菖蒲的影响研究

对海南岛新村湾海草床的优势种——海菖蒲(Enhalus acoroides)的茎枝特征、茎枝密度、生物量和不同组织营养素含量进行了研究,并探讨了海水和沉积物间隙水营养负荷对其的影响。结果表明,(1)海菖蒲的茎枝特征(叶长、宽和枝重)、茎枝密度和地上生物量存在显著的空间差异,这些因子与海水和沉积物间隙水DIN含量呈负相关;(2)海菖蒲TN、TP质量分数随着样区的变化而产生显著差异,海菖蒲TN质量分数与其所在样区海水和沉积物间隙水DIN浓度呈显著正相关;(3)随着水体N负荷的增加,海菖蒲叶单位面积附着藻类生物量显著增加。本次研究的结果表明,网箱养殖引起的营养负荷是导致海草衰亡的潜在原因之一,引起了新村湾网箱养殖区海草床的退化。     

Impacts of Typhoons Tianying and Dawei on seagrass distribution in Xincun Bay, Hainan Province, China

More than 50% of the typhoons landing in China have landed on the southeast coast, where they have caused great pressure on the coastal environment. Seagrass, one of the most important constituents of coastal ecosystems, is also greatly affected by typhoons. In order to clarify how seagrass distribution variation is affected by typhoons in coastal areas in southeast China, data of Typhoons Dawei and Tianying (category 4 and category 2 respectively, which just ran through the southern part of Hainan province) have been studied. In situ observation and satellite remote sensing data (CBERS-China Brazil Earth Resources Satellite) in 2004 and 2006 were used to retrieve seagrass distribution in Xincun Bay, Hainan province. In situ observations showed that leaf length, stem biomass and above ground biomass on average showed evidence of reduction after Typhoons Tianying and Dawei. However, seagrass density showed no evidence of reduction after typhoon Tianying and Dawei passed by and increased rapidly in January 2006. From results of satellite remote sensing data, seagrass distribution can be detected with high accuracy, and the area of seagrass distribution on the south coast of Xincun Bay in 2006 after the typhoon passed by was smaller than that in 2004 in region A and B. However, in region C, area of seagrass coverage under 20% increased. These results demonstrated that typhoons Tianying and Dawei damaged seagrass bed and helped seagrass to get rid of aged and dead leaves, and this correspondingly facilitated seagrass growth.     

波浪-海流-微地形耦合的沉积动力模式建立及应用

沙纹微地形普遍存在于海底,沙纹的消长能改变底部应力进而影响泥沙的运移。以往研究较多侧重于波致沙纹,并已应用于波浪模式的底摩擦计算,而较少考虑波流联合效应产生的沙纹,也未将其应用于综合的水动力模式和沉积物输运模式。本文在POM水动力模式中嵌入新南威尔士大学泥沙模式,通过耦合波流共同作用的微地形模型与波流相互作用底边界层模型,发展了波浪-海流-微地形（沙纹）耦合的沉积动力模式。本文将该模式应用于澳大利亚Jervis湾,针对波主导和波流联合主导沙纹两种类型,分别进行了沙纹发展状态、几何形态的分布及悬浮泥沙的模拟。结果表明:波致沙纹比波流联合作用的沙波具有更大的波高和波长,因此当波主导时沙纹对悬浮泥沙起着关键作用。通过考虑随沙纹变化的粗糙度,相比于以往模式设置均一的粗糙度,该模型能对悬浮物浓度的骤升过程进行更精细的预测。     

海南洋浦湾近百年来人与自然相互作用下的环境沉积记录

2005年8月在海南洋浦湾内湾取得1根柱状样,在铅-210定年的基础上分析沉积物粒度、总有机碳含量及其同位素值(δ13C)、总氮含量及其同位素值(δ15N)、生物硅含量、重金属(镍、镉、铬、铜、锌、铅)含量及有机氯农药(六六六、滴滴涕)含量等参数发现,111cm至表层,沉积物中有机碳、总氮、生物硅含量升高,特别是从45cm至表层,它们的含量明显增加,说明该湾内有富营养化趋势。由有机碳与总氮的原子比和有机碳同位素指示的物源信息可知,该湾内有机质来源为藻类和陆源脉管植物的混合,且以陆源输入为主。陆源有机碳含量与总有机碳含量的相关系数为0.917。自23cm至表层有机碳同位素明显偏轻,氮同位素偏重。从111cm至表层,重金属和有机氯农药含量升高。综合分析各环境指标可知,洋浦湾近百年来环境演变可分为三个时期,即20世纪70年代以前、70年代至90年代、90年代至21世纪初,洋浦湾经历了未污染期、轻度污染期、显著污染期。