珠江河口区风暴潮增水过程非线性叠加效应研究

珠江河口区水网密布,水动力条件复杂,风暴潮增水过程存在明显非线性叠加特征。本文运用ADCIRC(AdvancedCirculationHydrodynamicmodel)与SWAN(SimulatingWavesNearshore)模型,以1713号台风“天鸽”为实例,构建了珠江河口区风暴潮增水数值模拟模型,研究了珠江河口区风暴潮增水非线性叠加特征,得出如下结论:(1)在台风强度不变的情况下,在珠江口西岸登陆台风带来的增水最大,在伶仃洋西岸超过2 m。(2)风暴潮在珠江口西岸、东岸、河口区登陆,在高低潮和低低潮登陆带来的非线性效应水位较高,最高超过1 m。在高高潮和高低潮期登陆带来的非线性效应水位较低,最低非线性水位接近0 m。在珠江口西岸登陆的台风,其风暴潮-天文潮的非线性效应最大。     

潮汐河口支流建闸闸下淤积研究

潮汐河口建闸的关键问题是闸下淤积。在潮汐河口支流口门上建闸,其闸下淤积面貌主要取决于干流主槽的位置,这与在潮汐河口干流上建闸的闸下淤积问题有着本质上的差异。以钱塘江河口支流曹娥江口门建闸为例,应用河床演变分析、动床实体模型和现场冲淤试验预测了曹娥江大闸闸下淤积面貌和淤积速率,为曹娥江大闸的建设提供了科学依据。     

江苏近海风暴潮增水数值模拟研究

为研究江苏近海海域风暴潮的特性以及为该海域风暴潮增水变化机理及后报做铺垫,本文基于FVCOM(Finite Volume Coast and Ocean Model)海洋模式和Jelesnianski圆形台风风场模型,建立了江苏近海风暴潮数值模型,并对江苏近海的天文潮以及1109号台风和1210号台风引起的风暴潮进行模拟。结合验潮站水位观测,研究了连云港站和吕泗站的天文潮和风暴潮增水过程。我们将风暴潮与天文潮非线性作用下的风暴潮增水和纯风暴潮增水过程进行对比,讨论了天文潮与1109号和1210号台风风暴潮之间的非线性作用引起的增水特征。结果均表明,在天文潮高潮时,天文潮和风暴潮之间的非线性作用可以抑制增水,在天文潮低潮时,天文潮和风暴潮之间的非线性作用有利于增水。除了气象因子以及天文潮和风暴潮之间的非线性作用外,该海区的地理环境也对台风风暴潮增水产生影响。因此对江苏近海的海岸线变化和浅滩地形变化进行敏感性试验,结果表明,本文所设计的海岸线变化对该海域的风暴潮增水影响较小,江苏沿海岸线的向外推移使得江苏海域风暴潮的增水略微上涨,而本文所设计的地形的变化对风暴潮增水影响较大。     

河口闸下淤积和清淤措施研究综述

淤泥质河口建闸后需要解决泥沙淤积的问题,它制约着河口的综合利用。本文就我国淤泥质河口挡潮闸引起的闸下淤积和清淤措施研究成果进行了综述。首先归纳了我国主要建闸河口闸下淤积类型.多数学者根据潮波变形理论和不平衡输沙理论对闸下淤积的力学机理和控制因素进行分析,解释和预测河口闸下淤积的基本特征和发展趋势。提出不同类型的建闸河口防淤减淤措施。最后指出目前研究中的不足和以后应进一步加强研究的问题。     

典型海湾风暴潮增水特征与机理研究

以三门湾为例,基于经验模态分解方法 (EMD)将原始风暴潮增水过程进行分解,并对各个子模态进行能量谱分析,研究每种波动对应的生成机制。结果表明:半封闭海湾内的风暴潮增水较为严重,造成三门湾内强增水的台风为三门湾南侧的西北向登陆台风。EMD分解结果显示三门湾内的风暴潮增水包含6 h,12 h,20 h左右的波动,其中6 h左右的波动来源于海湾共振,共振的频率是由海湾的形状、水深等固有性质所决定的。12 h的波动是由于天文潮与风暴潮耦合作用导致,20 h左右的波动是由于台风移动过程中外海波动的传入。结果表明EMD方法为风暴潮波动增水特征的精细认知提供了一种新的思路和方法,可以加深对海湾内风暴潮波动增水特征的研究。     

江苏沿海台风暴潮过程中的波浪增水分布研究

基于浅水方程和第三代波浪模型,构建了江苏沿海的风暴潮和台风浪耦合模型,并通过对天文潮、风暴潮和台风浪的模拟对模型进行验证.通过比较6场典型台风过程中江苏沿海的波浪增水特征,剖析了江苏沿海波浪增水的量级及空间分布特征.研究表明:受岸滩地形控制,不同台风暴潮期间江苏沿海最大波浪增水分布呈现类似特征,总体上,江苏中部和南部沿...     

浙江沿海超强台风作用下风暴潮增水数值分析

基于河口海岸水动力二维数值模型,建立风暴潮与天文潮耦合作用的数值模式,通过三次强台风和二次超强台风引起的风暴潮增水模拟和分析,证实该模式可用于浙江沿海增水预测.以1949年以来登陆我国大陆沿海最强的"5612"号台风作为典型的超强台风,利用本模式计算分析了超强台风在浙北至浙南5个不同地点登陆遭遇大潮时可能出现的风暴潮增水过程和最大增水,该结果对于海岸工程的防护具有实际的意义.     

入海河口闸下河道泥沙淤积危害评估研究

入海河口闸下河道淤积会带来防洪排涝安全问题、影响上游的排灌环境、恶化下游的通航条件、威胁水闸的正常运行等,本文主要针对其增大防洪排涝灾害风险进行探讨。首先介绍了海河流域主要入海河口和苏北里下四港闸下河道的淤积情况和排水能力的变化,然后根据闸下淤积影响因子、洪涝灾害发生频率和抗灾能力等指数建立了风险评估体系,以海河流域和江苏里下四河为例,划分闸下淤积危害为五级,分别为极轻危害、轻危害、中危害、较重危害和重危害。计算分析表明:海河流域的海河闸和永定河闸闸下河道淤积为较重危害,泥沙淤积为严重淤积;独流减河闸下淤积为中危害,泥沙淤积为相对严重淤积。江苏里下四河的射阳河闸和黄沙港闸闸下淤积为较重危害,泥沙淤积为严重淤积;新洋港闸和斗龙港闸闸下淤积为中危害,泥沙淤积为相对严重淤积。     

防潮闸启闭影响下的河口水流泥沙运动状态研究

为研究防潮闸启闭与跨水工程建设对河口地区水流泥沙运动状态的影响,以河口近闸跨水工程为背景,建立了以Godunov格式有限体积法为基础的二维浅水流动数学模型和基于固液二相流理论的二维水流泥沙数学模型,并以实测资料进行必要验证,结果较为吻合。在此基础上,建立了永定新河河口区域二维水沙数值模型,将该模型应用于滨海新区Z4线一期跨河工程段的水沙分析,并对工程建设后永定新河河口水流泥沙运动的变化趋势进行预报。结果表明永定新河河口二维全沙模型较为可靠,可为河口近闸跨水工程的相关分析提供研究思路和方法。     

闸坡站风暴潮增水与热带气旋登陆点及路径的关系

将1992～2006年15a间影响和登陆闸坡站的热带气旋按照登陆点和移动路径进行分类．研究各类热带气旋在闸坡站引起的风暴潮增水峰值的出现时间与热带气旋登陆点及移动路径的关系,定性分析热带气旋风场结构对风暴潮增水的影响并经过2007年至今风暴潮增水预报过程中的实例检验．结果表明：闸坡站的增水类型与热带气旋的登陆地点和路径关系密切．在闸坡站登陆的东北行热带气旋引起的风暴潮增水多出现在登陆前,其他路径则出现在登陆时或登陆后;在闸坡以西登陆的热带气旋引起的风暴潮增水峰值一般发生在登陆时或登陆后1h以内;在闸坡站以东登陆的热带气旋引起的风暴潮增水峰值一般发生在登陆前10h以上;而其他类型的热带气旋引起的风暴潮增水由于个例较少规律尚不明显．     

The impact of coastal reclamation on tidal and storm surge level in Sanmen Bay,China

In recent years,fast economic development demands for more land use and thus many reclamation projects are initiated around the Sanmen Bay,Zhejiang,SE China in the East China Sea,for which tidal and storm surge levels are reassessed.A two-dimensional numerical model based on an advanced circulation model(ADCIRC)was applied to evaluate the impact of reclamation projects on tidal and storm surge levels in the bay.The results show that the shoreline relocation and topographic change had opposite effects on tidal heights.Shoreline relocation decreased the tidal amplitude,while siltation caused topographic change and increased the amplitude.Such variations of the amplitude were significant in the top areas of Sanmen Bay.Three types of typhoon paths were selected for a case study to investigate the impacts of shoreline relocation and topographic change on storm surge level.Results show that the maximum increase in storm surge level due to shoreline relocation was less than 0.06 m.The rise of peak surge level due to the change of topography was significant and the peak surge level rose when siltation increased.The maximum surge level rise occurred in the path of northwest landing typhoons,which exceeded 0.24 m at the top of the bay.The rise in peak surge level can potentially lead to severe damages and losses in Sanmen Bay and more attention needs to be paid to this problem of shoreline change in the future.     

钱塘江河口围涂对杭州湾风暴潮影响数值模拟

应用二维水动力模式Mike21对钱塘江河口治江围涂对杭州湾风暴潮的影响进行了数值模拟。首先采用概化地形做了围涂对风暴潮影响的主要因素分析,然后采用实际地形计算极端工况和百年一遇工况条件下已有围涂前后风暴潮的变化,最后对今后规划围涂所造成的影响进行了预测。结果表明,围涂引起的平面边界改变是影响杭州湾风暴潮的主要因素,围涂引起的地形抬升的影响是次要因素;已有围涂使杭州湾极端风暴高潮位抬升1.85~0.09 m,抬升幅度由湾顶向湾口递减;规划围涂后,杭州湾风暴高潮位总体抬升,抬升值最大的湾中部为0.25 m。     

鳌江站台风增水特征分析

温州地区是浙江省受风暴潮灾害最严重的地区之一,鳌江站位于温州南部,是该地区的主要验潮站之一。本文统计了1949年～2006年登陆浙江的台风,通过对鳌江站的风暴增水特征的分析,探讨该站台风增水的预报方法和预报着眼点。     

珠江口地区台风风暴潮的数值模拟试验

本文选取了3个珠江口对造成严重风暴潮灾害的南海西北向路径的台风作为个例,利用国家海洋环境预报中心建立的业务化的台风风暴潮模式进行风暴潮后报检验.将结果与珠江口地区三个验潮站实际观测资料进行对比发现:模式的后报效果比较理想,对业务预报中最为关心的最大风暴增水值模拟较好,说明该模式对模拟这类型路径台风引起的风暴增水有较好的预报适用性.并且进一步发现:强度越大的台风,增水峰值模拟效果越好;该地区各验潮站的最大增水通常发生在台风中心距离验潮站最短的几个小时内.     

风暴潮模拟中潮位对风拖曳力系数的影响研究

近年来,应用数值模型模拟台风引起的风暴潮运动越来越普遍,模型中对于风拖曳力系数的确定,一般都从相对风速出发,可引用的公式也较多,但这些公式很少考虑潮位变化对此系数的影响.在强潮河口、海岸海域,潮位变幅大,最高潮位甚至可达风速参考高度(10m)的近一半,如长江口和杭州湾.在数值模拟中不考虑风暴潮和天文潮共同引起的潮位变化,会造成风应力高潮时被低估、低潮时被高估的现象,从而影响风暴潮模拟的精度.为此本文对现有的风拖曳力系数加以改进,提出了考虑潮位影响的风拖曳力系数表达式,并应用于长江口、杭州湾9711号台风风暴潮的模拟中,增水模拟结果得到了明显改善,可进一步推广应用于强潮河口、海岸的风暴潮增水模拟中.     

一个高分辨率的长江口台风风暴潮数值预报模式及其应用

利用河口海岸海洋模式(ECOM-Si)建立了一个适用于长江口区风暴潮的数值预报模式.该模式采用对岸线有较好拟合能力的自然正交水平坐标系统和能分辨较复杂海底地形的垂直σ坐标系统.模式考虑了长江口径流量对风暴潮的影响,部分地考虑了天文潮和风暴潮非线性相互作用对风暴增水的影响.风暴潮预报的大气强迫场用模型气压场和模型风场.利用所建立的模式对长江口区台风风暴潮进行了8个个例模拟,模拟增水与实测增水的峰值相比较,平均绝对误差不足10cm.利用本研究建立的模式,就气象因子对风暴潮位的敏感性进行了数值试验.试验结果表明,台风中心气压降低(升高)20hPa可导致约100cm的风暴潮位升高(或降低).台风最大风速半径误差对台风增水的变化影响也较显著.试验还表明,长江径流量增加1倍(减半),可以造成风暴潮的平均增加25cm(减小13cm).天文潮位相变化对风暴增水的影响数值试验表明,当台风暴潮与天文潮在不同位相相互作用,可使风暴潮位最大增加达70cm或减小90cm.     

Numerical study on effect of tidal phase on storm surge in the South Yellow Sea

Because of the special topography and large tidal range in the South Yellow Sea,the dynamic process of tide and storm surge is very complicated.The shallow water circulation model Advanced Circulation(ADCIRC)was used to simulate the storm surge process during typhoon Winnie,Prapiroon,and Damrey,which represents three types of tracks attacking the South Yellow Sea,which are,moving northward after landing,no landing but active in offshore areas,and landing straightly to the coastline.Numerical experiments were carried out to investigate the effects of tidal phase on the tide-surge interaction as well as storm surge.The results show that the peak surge caused by Winnie and Prapiroon occurs 2-5 h before the high tide and its occurring time relative to high tide has little change with tidal phase variations.On the contrary,under the action of Damrey,the occurring time of the peak surge relative to high tide varies with tidal phase.The variation of tide-surge interaction is about 0.06-0.37 m,and the amplitude variations of interaction are smooth when tidal phase changes for Typhoon Winnie and Prapiroon.While the interaction is about 0.07-0.69 m,and great differences exists among the stations for Typhoon Damrey.It can be concluded that the tide-surge interaction of the former is dominated by the tidal phase modulation,and the time of surge peak is insensitive to the tidal phase variation.While the interaction of the latter is dominated by storm surge modulation due to the water depth varying with tide,the time of surge peak is significantly affected by tidal phase.Therefore,influence of tidal phase on storm surge is related to typhoon tracks which may provide very useful information at the design stage of coastal protection systems.     

风暴潮沿珠江河道上溯运动的数值模拟

采用动力学数值模式对风暴潮沿珠江河道上溯的个例进行了模拟,并就有关机制进行讨论.结果显示,风暴潮位是否沿珠江河道向北逐渐递增,和风暴强度有很大的关系,也和风暴登陆的路径有关;南海的热带气旋多数是西行的,这样就使本文研究的对象像是“过路”的风暴,伶仃洋的聚水面积不算大,加上蛛网般河网的分散作用,都使珠江一线的风暴增水很少超过2.5m.但即使这样规模的增水,也对河口平坦地区造成很大威胁.由于天文潮的耦合,以及浅水效应,风暴潮常有不同程度的变形.本文的模拟中,模式、参数和计算对象等早已选好,计算时只作了少许调整,就能得到较好的结果,说明模式是合理和可靠的.     

风暴潮三维数值计算模式的研究及在渤海湾的应用

以实验室二维温带风暴潮数值模型为基础,综合考虑海洋潮波动力与风应力联合作用,建立温带风暴潮三维数值计算模型.模型从推导三维风暴潮基本控制方程出发,并应用交替方向隐格式(ADI)方法对方程进行离散求解.对于浅水动边界,模型采取局部深槽、缩小水域的活动边界处理方法.利用拟三维数值计算方法,并提出了非平面水深等分模式和平面等水深分布模式,应用这两种计算模式分别对渤海湾2009年5月8～10日发生的风暴潮过程进行了数值模拟.将风暴潮位计算结果和增水位计算结果与塘沽验潮站的实际观测数值进行对比验证,结果显示受风应力与潮波联合作用的风暴潮位和增水位与实测数据吻合良好;通过比较得到了平面等水深分布模式的计算成果要比非平面水深等分模式的计算成果更接近观测资料的结论,为风暴潮预报提供了理论依据.