围填海工程对莱州湾水动力条件的影响

本文采用数值模拟的方法研究了2003—2013年10年来围填海工程建设对莱州湾水动力环境的影响。结果表明2003—2013年围填海工程的建设导致了莱州湾海域面积减小7.38%;围填海工程使莱州湾流速整体呈减小趋势,流速减小超过4cm/s面积约占整个海湾面积的24.3%,流速增加大于4cm/s区域仅占4.0%,流向变化整体较小;莱州湾的纳潮量明显减小,平均纳潮量减小了5.57%;围填海工程建设使莱州湾水交换率略有减小。围填海工程弱化了莱州湾的海湾属性。     

围填海对芝罘湾潮流场和纳潮量的影响研究

本文基于MIKE21水动力数值模型,以1985年、1993年、2010年和2017年4个时期为代表年份,定量识别了芝罘湾围填海工程引起的潮流场及纳潮量的变化情况。结果表明:(1)流场:潮流以往复流运动为主,湾口流速最大可达32.99 cm/s,湾底流速较小,最大为9.49 cm/s,湾口流速远大于湾底流速。围填海工程使湾内流速发生了明显变化,湾内9个代表点位的流速均有所减小,湾口流速变化率较小,湾顶流速变化率较大,2017年湾底流速相比于1985年最高减小量达到39%。(2)纳潮量:芝罘湾在围填海前后4个时期的纳潮量分别为4.701×10~(7 )m~3、4.469×10~(7 )m~3、3.854×10~(7 )m~3和3.690×10~(7 )m~3,对比发现,围填海工程的进行使湾内面积持续减小,纳潮量也持续减小,1985-2017年减小了21.51%,围填海工程弱化了芝罘湾的水动力条件。     

杭州湾北岸保滩加固工程附近流场的数值模拟

Delft-3D-flow模型是一个三维的水动力输运模型,该模型采用曲线正交网格,在垂直方向上采用 σ坐标,水动力模块建立在Navier-Stokes方程的基础上,采用交替方向法(ADI)对该坐标系下的控制方程组进行离散求解.应用沿水深平均的两维水流数学模型来计算,采用大小模型嵌套的技术进行数值模拟.利用分布在杭州湾和长江口10个潮位站2003年水位数据和1982、1997、2003年的潮流观测数据对模型计算结果进行验证.模型计算结果和实测数据吻合较好.通过数值模拟发现:工程实施后,围堤西侧流速变化最为显著,涨急流速减小,最大幅度为24 cm/s,落急流速也减小,最大幅度为9 cm/s.通过上述分析,得到以下几点认识:(1)保滩加固工程后在围堤西侧,涨、落急流速均减小,最大减小幅度分别为25 cm/s和14 cm/s,工程实施后研究区流速递减81%左右;(2)工程实施后涨、落急流向除近岸外,流向变化一般小于5°,基本上不受工程影响,但在高平潮期间,工程实施后在围堤西侧流向变化较大,最大可达100°以上;(3)工程实施后围堤西侧的流速虽然变化较大,但因工程区潮流较弱,工程规模较小,影响将局限在工程区周围200 m范围内,对附近的码头以及外侧的金山深槽不会有明显的影响.通过杭州湾北岸保滩加固工程附近流场的数值模拟结果的验证和分析,探讨了工程建设对附近局部流场的改变及其主要影响范围,为保滩加固工程的可行性研究提供有力的科学依据,也为其它海岸工程的建设提供了参考.     

围填海累积效应对钦州湾水动力环境的影响

根据海图资料和卫星影像,确定了钦州湾2004年与2019年两个历史时期的岸线与水深。基于无结构网格有限体积海洋模型建立高精度的水动力模型,分析了近15年来围填海工程的累积效应对钦州湾水动力环境的影响。结果表明:地形与岸线的改变使得钦州湾外湾潮汐振幅减小、茅尾海内潮汐振幅增加;潮流场改变明显,外湾中部流速普遍增加,围填区域潮流减弱明显,但潮流性质未改变,依然为落潮占优;钦州湾纳潮量有所减小,主要发生在外湾区域;而余流减弱,并且出现涡旋,这不利于水体的向外扩散。通过染色实验发现,钦州湾水体半交换周期在有无径流的情况下都明显增长,且在围填海区域水交换能力显著下降。     

基于FVCOM的钦州湾三维潮流数值模拟

基于采用不规则三角网格和有限体积方法的FVCOM模式,建立钦州湾三维潮流数值模型来重现钦州湾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钦州湾K1、O1、M2、S2分潮的同潮图,潮汐最大振幅分别为112、96、50和15cm;最大可能流速的分布基本与等深线一致,龙门港附近最大可能潮流流速可达200cm·s-1;钦州湾的外湾口海域开阔,一般为旋转流,近岸海区及水道、河口等多为往复流,K1和M2分潮流椭圆长轴的分布与地形密切相关,旋转方向均为顺时针,流速极值出现在龙门港区.由潮余流场的分布特点可以看出,钦州湾西槽和中槽的西侧区域是其主要的出水通道,东槽和中槽的东侧区域则是主要的进水通道.     

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。     

钦州湾潮流深槽的成因与稳定性探讨

据钦州湾2007年1—2月的实测潮流,结合径流、潮汐等资料,经水动力和港湾地形综合分析揭示:钦州湾的潮流深槽是潮流作用于葫芦形复式港湾的必然产物,是在内湾纳潮蓄能、湾颈狭道强流、颈口岛礁分流喷射冲刷而成的。通过对潮流流路和强度的分析,对潮流深槽的稳定性进行了探讨;进而通过湾颈流速-内湾纳潮关系计算,给出了潮流深槽稳定的临界条件。     

人工岛工程对南黄海辐射沙脊群海域潮流泥沙影响研究

采用MIKE21二维水动力模型模拟了南黄海辐射沙脊群海域的潮流形态和含沙量,模拟结果与实测数据基本一致。在此基础上,模拟计算了围填海工程后辐射沙脊群海域的潮流和含沙量变化。结果显示工程对潮流和含沙量的影响主要出现在工程区附近。围填海工程使原本以弶港为中心呈扇形辐聚、辐散的潮流格局有所改变,形成东沙岛西侧南北向和高泥岛南侧东西向的两条潮流通道,并在一定程度上分割了条子泥南北两侧的水体。工程后含沙量的变化与平均流速的变化基本一致,在流速变大的东沙岛西北侧和高泥岛南侧海域,含沙量显著升高;在流速变小的条子泥南北两侧、东沙岛东侧及西南侧,含沙量显著降低。     

人工岛工程对南黄海辐射沙脊群海域潮流泥沙影响研究（英文）

本文采用MIKE21二维水动力模型模拟了南黄海辐射沙脊群海域的潮流形态和含沙量,模拟结果与实测数据基本一致。在此基础上,模拟计算了围填海工程后辐射沙脊群海域的潮流和含沙量变化。结果显示工程对潮流和含沙量的影响主要出现在工程区附近。围填海工程使原本以弶港为中心呈扇形辐聚、辐散的潮流格局有所改变,形成东沙岛西侧南北向和高泥岛南侧东西向的两条潮流通道,并在一定程度上分割了条子泥南北两侧的水体。工程后含沙量的变化与平均流速的变化基本一致,在流速变大的东沙岛西北侧和高泥岛南侧海域,含沙量显著升高;在流速变小的条子泥南北两侧、东沙岛东侧及西南侧,含沙量显著降低。     

用最小二乘法分析胶州湾海流特征

在胶州湾湾口、西侧、中心、东侧、北侧湾顶五个区域布设测站,利用2018年冬季至2020年秋季潮位、海流等监测数据,基于最小二乘法进行调和分析计算,并结合垂线平均流速流向、可能最大流速、水质点可能最大运移距离等计算模型,研究分析了胶州湾海流特征。结果表明,各区域潮流类型系数均小于0.5,M₂分潮椭圆率绝对值均不超过0.1,接近于0,故胶州湾潮流性质为正规半日潮流,潮流运动形式以往复型为主。湾口区域余流、可能最大流速、水质点可能最大运移位移均最大。不同季节余流流速和流向的差异没有明显的规律性,除湾区西侧测站外,其余位置不同季节余流流向整体上有固定朝向：湾口处东偏北、中心站西偏北、东侧站南偏东、北侧湾顶站东偏北。靠近岸边的湾口、东侧和北侧湾顶站余流流向与邻近海岸垂直。在垂直方向上,各测站可能最大流速和水质点可能最大运移距离由表层至底层整体上呈减小趋势,流向基本一致。     

钦州湾潮流特征分析

根据1994年5月和11—12月两个航次的调查及近年有关海湾的海流观测资料，分析了钦州湾的潮流特征，观测资料来自分布于该海湾东中西三个航道及相关区域的8个测站。钦州湾涨落潮流特征：落潮流速大于涨潮流速：东部最大涨落潮流速小于西部：夏季落潮流总是大于冬季：龙门水道附近的流速最大，而其余区域的流速相对较小。外湾(钦州湾)余流，是气旋式环流：水体东进而西出。从湾内来的泥沙和污染物质，主要从西部进入外海；中、东槽是主要“进水”通道，外海低泥沙含量、少污染物质的清洁水从这里潮流而上。因此，与西部相比，东部盐度高，水质清洁，底质重金属含量少。     

钦州湾大蚝养殖区环境健康评价

为了定性定量提供大蚝养殖区环境健康状况咨询,使用联合评价法对钦州湾大蚝养殖育苗区、育肥区、育成区环境健康状况进行评价。结果表明：①钦州湾养殖育成区、育肥区、育苗区的综合评价值为0.62、0.75、1.03,对应环境健康状况分别为良好、良好、不合格。健康状况呈现出由东南外湾的育成区向西北内湾的育苗区方向递减趋势,各养殖海区环境健康状况优先次序为：育成区、育肥区、育苗区。②制约钦州湾养殖区环境健康状况既有共性制约因素石油类,其环境健康状况均为不合格;也有特性制约因子COD、活性磷酸盐。其中,育苗区内COD单因素评价指标值变化范围1.34～2.21,对应健康状况为差,海域大多位于海湾内、外湾交界处以及河海口交汇处,而处于外湾的育肥区、育成区则处于海湾开阔的海域受到COD影响则较小。育肥区内活性磷酸盐单因素评价指标值对应健康状况也存在不合格和差的情况。     

钦州湾水交换能力数值模拟研究

基于普林斯顿海洋模式（Princeton Ocean Model,POM）,以M₂、S₂、K₁、O₁、M₄和MS₄ 6个分潮为驱动,建立了包含漫滩处理的高分辨率钦州湾水动力模式。与现场观测的数据对比表明,该模式能较好地刻画钦州湾的水动力特征。在此基础上建立了水质模型,模拟钦州湾的水交换过程。模拟结果表明:钦州湾水交换能力整体上较强,整个湾平均的水体半交换时间约为18 d,水体平均存留时间为45 d。空间分布上,钦州保税港区以南海域水交换能力最强,半交换时间小于1 d;沿着水道向北,水交换能力逐渐减弱;茅尾海中部半交换时间为26~28 d;茅尾海的东、西、北3个部分存在水交换滞缓区,半交换时间超过50 d。数值实验表明,采用漫滩技术对准确模拟钦州湾潮流速度和水交换能力非常重要,不考虑漫滩过程会低估钦州湾的潮流速度和水体交换能力。水平扩散系数对流速及交换时间都有影响,但影响有限。     

钦州湾人工海滩剖面变化过程

波浪和潮汐作用下的海滩剖面动态变化过程是海岸演变及沿海防护工程设计与旅游资源规划的核心内容。本文以广西钦州湾沙井半岛人工海滩为研究区, 基于GPS-RTK采集的2018年1月—2019年12月的逐月剖面高程实测数据, 通过分析剖面冲淤和单宽体积变化, 利用EOF(Empirical Orthogonal Function)函数揭示剖面的高程变化模式, 进而探讨海滩剖面的动态演变过程。研究的主要结果表明: 1) 在观测期间, 人工海滩剖面的冲淤情况整体展现出冬春季淤积、夏秋季侵蚀的变化特征; 2) 人工海滩剖面因泥沙横向输移而导致不同横向分带的单宽体积变化趋势呈差异性, 不同横向分带具有侵蚀与淤积交替出现的情况; 3) 人工海滩剖面的变化模式可划分为由强降雨及台风导致剖面高程明显降低的主要模式、波潮影响下的剖面高程经历强降雨及台风后逐渐淤积和恢复的次要模式、波浪破碎形成卷流引起滩面冲淤变化的其他模式。     

人类活动影响下的钦州湾近期滩槽冲淤演变特征

根据1980年代以来水下地形数据和遥感影像资料, 综合运用遥感与地理信息系统(geographic information system, GIS)、数值模拟等技术手段, 分析了钦州湾近期高强度人类活动影响下的滩槽平面变化和冲淤演变特征, 从动力地貌角度对演变原因进行了探讨。研究表明, 内湾茅尾海近期整体淤积, 2m等深线以浅的高滩淤积强度显著大于其他水域, 局部槽道由于人工采砂和潮流动力增强而出现冲刷。外湾整体以淤积为主, 但强度小于内湾, 滩和槽的冲淤特征差异显著, 西航道、中水道和边滩淤积, 中滩和东航道冲刷。高强度人类活动前后钦州湾涨、落潮量分别减少约4.59%和4.04%, 潮流动力减弱, 导致茅尾海不断淤积; 外湾中部岸线向海大幅推进, 使得中滩涨落潮流流势集中, 潮流速普遍增加0.1~0.2m·s ^-1, 是中滩大范围冲刷的主要原因; 东航道浚深后, 中槽涨落潮流向东航道产生归槽, 导致潮流动力减弱, 中槽萎缩。水平Kelvin数变化表明, 人类活动对外湾东航道和中水道的影响最大, 东航道稳定性增强, 中水道持续萎缩; 西航道受到影响较小, 稳定性基本保持不变。     

钦州湾溢油数值模块及其应用

本文应用水动力模型及溢油模块对代表性风况下钦州湾金鼓江的溢油事故进行情景模拟,且水动力模型结果与实测潮位和实测潮流吻合较好。低潮时发生溢油,不同风况下油粒子在5.5-8.5h后漂到金鼓江上游养殖区。高潮时发生溢油,油粒子在不同风况下漂移轨迹差别较大,例如无风时油粒子在钦州湾颈和三墩外海附近往复运动,而南风3.3m/s工况下油粒子将最终影响大榄坪港区的东南端。另外,高风速下不利风向会缩减油膜抵达敏感区的时间,同时风速越大,蒸发越快。因此风场对溢油模型有重要意义,今后将在精细化WRF模型基础上优化溢油模型并构建溢油决策系统,为地方经济发展和海洋环境保护提供科技支撑。     

钦州湾河流沉积物中镭的解吸行为

放射性镭同位素在海底地下水排放（SGD）等海洋物质变化过程的研究中具有优良的示踪作用,估算SGD通量时需要计算河流悬浮颗粒物的解吸通量。因此,对河流沉积物/悬浮颗粒物中镭同位素解吸行为的研究不可或缺,而目前对于粒度较小范围内镭同位素的解吸特征及其机理的研究依然不足。本文选用钦州湾河流沉积物,通过室内实验探究粒度和盐度对沉积物中镭同位素解吸行为的影响。结果表明,在沉积物平均粒径0.9~136.0 μm范围内,随着粒径增大,沉积物中镭同位素在海水（盐度为33.9）中解吸活度逐渐减小,且变化趋势也逐渐变缓,平均粒径大于43.7 μm后,解吸量几乎不变;在海水盐度4.9~33.9范围内,随着盐度增大,沉积物中镭同位素解吸活度逐渐增大,盐度大于24.9后,解吸量趋于不变。本文创新性地建立了沉积物表面分形结构的镭解吸理论模型,拟合得到钦州湾河流沉积物表面最大可交换态224Ra、226Ra和228Ra活度分别为1.13 dpm/g、0.17 dpm/g和0.85 dpm/g,以干重计;沉积物中224Ra、226Ra和228Ra最大解吸比分别为30%、7%和18%。钦州湾河流沉积物颗粒表面最大可交换态224Ra和226Ra活度分别处于全球中等水平和较低水平,而其最大解吸比分别处于全球较高水平和较低水平。本研究结果有助于更好地理解镭同位素的解吸行为,以帮助更准确地估算SGD通量。     

广西钦州湾海域游泳动物群落种类组成及多样性研究

根据2015—2016年连续两年对钦州湾进行的拖网调查资料,对钦州湾游泳动物群落的多样性现状进行了初步分析。结果表明,2015、2016年游泳动物调查渔获物种类均为55种;两年共同渔获物优势种(IRI≥200)有5种,分别是钝齿蟳(Charybdis hellerii)、近缘新对虾(Metapenaeus affinis)、周氏新对虾(Metapenaeus joyneri)、亨氏仿对虾(Parapenaeopsis hungerfordi)和口虾蛄(Oratosquilla oratoria),优势种类个体呈现小型化和低龄化趋势,渔获物种类和现存资源较历史数据有衰减的趋势;Shannon-Wiener指数(H′)、丰富度指数(D)和均匀度指数(J′)变化不显著,但站位间差异明显;2016年较2015年调查游泳生物的生物量和资源密度有所回升,但多样性水平均低于北部湾及南海北部大陆架浅海海域的多样性水平。