兴化湾及周边海域潮流动力特征与数值模拟研究

基于2011年兴化湾及周边海域的流速、流向的观测资料,应用短期资料的潮流准调和分析方法,对海流周日连续观测数据进行分析,探讨海域潮流特征。最后,针对兴化湾岸线复杂、岛屿众多的特点,基于FVCOM数值模式,采用非结构三角形网格,建立兴化湾及周边海域潮流动力数值模型,经实测站潮汐、潮流数据对模拟结果验证,模型能够较好的刻画各测站潮汐、潮流过程特点,反映研究海域流场特征规律,可为该海域海洋环境保护和海洋开发利用提供科学论证依据。     

潮汐非调和常数的计算及应用

潮汐非调和常数对于港工建设、航运和军事活动等非常重要。基于模型法原理,实现了非调和常数的电算化,相对于手工来讲,提高了计算速度和精度,可应用于海道测量作业。     

基于FVCOM 的渤海潮波数值模拟

基于有限体积法海洋数值模型(FVCOM),对渤海当前水深岸线状况下的潮汐潮流进行了数值计算。模式采用不规则三角形网格,较好地提高了黄河口处网格分辨率,模拟了渤海海域K1,O1,M2和S2四个主要分潮。利用渤海沿岸19个验潮站的资料对模拟结果进行了验证,K1分潮振幅绝均差2.39 cm,迟角绝均差4.36°,O1分潮振幅绝均差1.40 cm,迟角绝均差4.29°,M2分潮振幅绝均差为3.55 cm,迟角绝均差为5.69°,S2分潮振幅绝均差1.72 cm,迟角绝均差8.86°,结果显示各分潮模拟结果合理,较真实地反映了渤海海域四个分潮传播情况。     

基于FVCOM的台湾海峡三维潮汐与潮流数值模拟研究

基于FVCOM海洋数值模式,采用非结构三角形网格较好地刻画了台湾海峡复杂的岸线边界及海底地形,建立了台湾海峡的三维潮汐潮流数值模型.模拟结果同长期观测资料符合良好,较好地反映出台湾海峡内潮汐、潮流运动的变化状况和分布特征,利用T_tide工具包进行水位潮流调和分析给出了M2、S2、K1、O1四个主要分潮的同潮图、表层潮流椭圆分布.分析表明,M2分潮由台湾岛南北两端传入台湾海峡,两支潮波在澎湖—台湾浅滩南缘相遇,呈NE—SW向倾斜,振幅最大值为2.45m,出现在福建省湄洲湾、兴化湾一带.K1分潮潮波由东北向西南传入,并向南海传播,传播方向上右侧振幅较左侧大0.05m.台湾海峡存在一条分潮潮流椭圆率为0的分隔线,该分隔线大致呈NE—SW走向,分隔线上半部分潮流椭圆旋转方向为逆时针方向,下半部分为顺时针方向.四个主要分潮潮流椭圆长轴基本呈NE—SW走向,但在台湾浅滩表层潮流椭圆长轴方向为NW—SE向,澎湖水道呈N—S向.台湾浅滩处四个分潮的潮流椭圆均较大,对应的潮流也强,可能受当地水深较浅的影响.     

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。     

应用切割单元法对海底管道局部冲刷数值模拟

采用SIMPLEC算法的有限体积法,求解非定常流动的N-S方程,采用k-ω紊流模型,通过模拟均匀无粘性推移质的冲刷和淤积,得到海底管道由搁置在海床上的状态变为悬跨状态这一过程的管道周围局部海床冲刷情况,建立了海底管道局部冲刷的二维数值模型。海底管道从搁置在底床上到冲刷悬空的过程中,管道周围的空间产生了拓扑变化,这给采用贴体网格并在计算过程中进行网格重构的传统方法带来了很大困难,而采用切割单元法,把物体轮廓从静止的背景直角坐标结构化网格中切割出去,计算过程中不需要传统意义的网格重构过程。数值模型预测的海底管道周围局部冲刷结果与Mao的物理模型实验实测结果及Liang和Cheng等的数值模拟结果符合较好,验证了模型的准确性。     

基于半参数模型的水位数据预处理方法研究

为消除压力式验潮仪数据因误差而存在的抖动现象,提出了利用半参数模型对水位数据进行预处理的方法。研究了半参数模型在水位预处理中的具体实现方法,并对处理后的数据在应用方面进行了数据实验。实验表明,半参数模型既能够剔除不合理观测噪点,又能够高精度拟合观测水位,利用处理后的数据确定的余水位以及潮汐比较参数更具备合理性,精度得到了提高。     

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。     

北印度洋半日潮波的数值模拟研究

基于FVCOM(Finite Volume Coast and Ocean Model)模型,建立北印度洋海域(31^°~102^°E,16^°S~31^°N)的M₂和S₂分潮潮波数值模式,研究北印度洋半日潮潮汐、潮流分布特征。对底摩擦系数进行数值试验,利用代价函数梯度下降法,得到分潮调和常数向量均方根偏差(RMSE)的变化曲线,逼近并确定最优的底摩擦系数。将采用该系数的模拟结果与TOPEX/Poseidon卫星高度计交叉点的调和常数数据、国际海道测量组织(IHO)及部分文献中的验潮站数据进行比较与验证,一致性较好。其中对比卫星数据的振幅偏差为2~4 cm、迟角偏差为7^°~8^°,与验潮站数据的振幅偏差为3~6 cm、迟角偏差为8^°~9^°。根据模拟结果,分析了北印度洋海域M₂和S₂分潮潮波传播特征和潮流椭圆的空间分布特征等。M₂分潮潮波在阿拉伯海南部有1个无潮点,在波斯湾内有2个无潮点,最大振幅超过80 cm;潮流在西北印度洋和孟加拉湾中部大多为顺时针旋转,其余海域大多为逆时针旋转;流速在阿拉伯海东北部、安达曼海、波斯湾和孟加拉湾北部较大,最大流速为160 cm/s,其他海域较小。S₂分潮的潮波传播特征、无潮点的位置和潮流椭圆的空间分布特征等都与M₂分潮类似,但潮波振幅和潮流流速等都相对M₂分潮较小。研究完善了北印度洋海域2个主要半日分潮M₂和S₂的整体特征。     

二维潮流计算中非结构有限体积法研究和应用

基于非结构网格有限体积法,通过引入弥散修正项和TVD高阶对流格式,形成高精度、守恒性好的非结构二维潮流有限体积算法.利用该算法对一维驻波理论算例进行了验证计算,并对长江口潮流情况进行了模拟.结果表明,模型能反映水流运动的基本规律,二维潮流场的模拟精度较高,能达到工程应用要求.     

北部湾潮汐潮流的数值模拟

基于正交曲线坐标的ECOMSED三维水动力模式,对北部湾的潮汐潮流进行数值模拟。选用不同的海底摩擦系数、海底粗糙度系数以及水平湍流摩擦系数进行数值试验。试验结果表明,当海底摩擦系数取2×10-3～3×10-3,海底粗糙度系数取1×10-3～2×10-3m,而水平湍流摩擦系数取1×102～5×103m2/s时,模拟所得潮汐、潮流结果与实测数据吻合较好;并由此对北部湾的潮汐、潮流和潮余流等特征进行了分析。还给出了垂直湍流黏滞系数呈抛物型的分布特征。对该海域的水动力状况有了进一步的了解,为该海域的环境保护规划提供了科学依据。     

长江口海域潮汐和潮流的观测研究

长江口邻近海域具有显著的强潮特征,除近岸海域外,离岸海域缺乏长期实测的潮汐潮流资料.本文分析了长时间序列的水位观测资料,结果显示长江口海域的潮汐类型属于正规半日潮,近岸海域浅水分潮显著;M2分潮是最显著的半日分潮,振幅具有从东面开阔海域向西面杭州湾口浅水海域或岛群增加的趋势.剖面海流观测资料表明本海域的潮流类型为正规半...     

岱山—洋山跨海通道水沙环境影响数值模拟研究

杭州湾是世界闻名的强潮河口,具有不规则的岸线边界、独特的地形地貌特征和复杂的水动力泥沙环境。岱山—洋山跨海通道位于杭州湾湾口水域,将岱山与洋山近35 km连通,实现了上海—洋山—岱山—舟山—宁波跨海通道的全线贯通,其建设具有非常重要的意义。基于考虑波浪作用的潮流泥沙数值模型,讨论了岱山—洋山跨海通道几种工况对杭州湾大范围海域水沙环境的影响。研究结果表明：跨海通道实施后潮位变化在大桥轴线附近较为敏感,远离则基本没有影响,高低潮位变化幅度大多在2 cm以内。杭州湾涨落潮量减小小于0.6%。水流流态和水下地形仅在大桥附近水域存在明显变化。从对杭州湾水沙环境影响角度考虑,岱山—洋山跨海通道几种工况均可行,建议关注桥墩和人工岛附近的局部冲刷问题。     

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。     

温州鳌江近海建设工程环境影响潮汐潮流数值模拟(英文)

收集了近年来鳌江口附近海域多个工程不同阶段5个潮位站的3~5年潮位实测数据和部分海流实测资料,通过对鳌江口附近海域的不同年份的水位资料进行潮汐调和常数分析,鳌江近海海域主要为半日潮区,其中M2分潮的振幅在170 cm~193 cm;迟角在260°~280°之间,这些站的2007年、2010年、2011年调和常数分析结果相比,主要的半日分潮M2、S2、N2,全日分潮K1、O1及浅水分潮M4、MS4、及M6等分潮振幅、迟角的最大变化分别在1.8 cm~4.4 cm和3°~7°之间。在初步掌握了鳌江口潮汐潮流特征的基础上,采用无结构的三角形网格和有限体积法的FVCOM海洋数值模型,进行模拟结果验证,计算结果与实测数据符合良好。构建重点年份建设工程合拢产生新的岸线水深的潮汐潮流场,刻画鳌江口建设工程的叠加影响。     

基于VOF方法的海底管道溢油扩散数值模拟研究

在海底输油管道运行过程中,管道渗漏、穿孔及破碎都会导致原油泄漏。对溢油运动的轨迹及其扩散范围作出预报可为溢油事故的处理提供及时、准确的信息,指导应急处理的正确实施。基于工程实际需求,采用有限体积法,结合k-ε紊流模型,建立了海流作用下海底输油管道溢油扩散数值模型。采用VOF方法(volume of fluid method)追踪多相流界面。首先,将数值模拟结果与Fan的实验值及Zheng和Yapa的数值结果进行了对比,验证数值模型的可靠性;其次,研究了不同原油溢出速度与环境水深对不同时刻溢油轨迹、到达海面时间、横向漂移距离与海面扩散范围的影响。研究表明:随原油溢出速度增大,溢油到达海面时间逐渐减小,溢油横向漂移距离与海面扩散范围则逐渐增大;随环境水深增大,溢油到达海面时间逐渐增大,且其变化接近线性分布。     

Effect of sea level rise on tidal circulation in the Hooghly Estuary,Bay of Bengal

The issue of sea level rise is receiving considerable attention all over the world. Although the Indian stations have shown mixed trends, a positive sea level trend has been noticed in the Hooghly Estuary, situated on the east coast of India. The Hooghly River serves as a navigable waterway to Calcutta and Haldia ports. The river is tidal for nearly 250 km. To study the water levels and tidal currents in the lower part of the Hooghly Estuary, from sea face at Sagar to Hooghly Point, a vertically integrated numerical model has been used. The model is fully nonlinear and uses a semiexplicit finite‐difference scheme to solve the basic hydrodynamic equations on a staggered grid. This model is coupled with a one‐dimensional model, which has been used for the upper estuary from Hooghly Point to Swarupganj, where the flow is unidirectional. The computed water levels and currents are found to be in good agreement with the available observations. This model is applied to study the alterations in tidal circulation for a rise and fall in the sea level. The results have shown a substantial increase in the amplitude and velocities of the tidal wave due to the sea level rise.