长江口年代际冲淤演变趋势预测与应对策略

受流域来水来沙条件变化及河口大型工程建设的综合影响,长江口呈现新的冲淤格局,为预测未来演变趋势,本研究基于前期研究中建立的长江口年代际冲淤演变预测模型（Delft3D）,未来情景考虑不同来沙量条件和相对海平面上升速率。预测结果表明,到2035年长江口整体以冲刷为主,口内河段主槽和浅滩边缘冲刷较明显,仅高滩局部淤积;到2050年口内河段保持净冲刷状态,拦门沙地区在现状来沙量条件下略有淤积,但在极端低来沙量条件下转变为净冲刷状态,海平面上升对拦门沙地区冲刷具有一定抵消作用,但不会使冲淤状态产生本质改变。本研究分析认为,长江口局部区域未来冲淤趋势可能对河口综合治理与保护产生不利影响,针对新格局条件下的滩槽河势稳定、重要洲滩保护、重大工程安全评估、冲刷致灾研判以及海堤防护标准再评估等方面提出了对策建议,可为新时期长江口综合治理与可持续发展提供参考。     

流速逆变张量隐式求解方法及其在航道港池流场计算中的应用

运用高分辨率的边界适应网格进行流体动力学数值计算时,如何提高计算稳定性和减少计算量成为数值求解的关键性问题.在非正交的边界适应坐标系中,每个动量方程中同时出现了两个交叉方向的水位偏导数项,给隐式求解带来困难,而显式格式下的时间步长由于受与空间步长有关的Courant-Friedrichs-Lewy条件限制,计算量成倍增加.本文从广义曲线坐标系下浅海动力学方程组出发,导出了流速的逆变张量所满足的动量方程组,使方程中的水位偏导数项变成了沿某一协变基向量方向占优的形式,方便地采用了交替方向隐式差分格式,从而提高了计算稳定性并减小了计算量.本文通过对澳门海域航道和港池中流场的计算,证实了该模式是一种进行高分辩率数值计算的有效方法.     

湛江近海M2分潮的数值模拟

利用潮汐模型,在高分辨率的自适应曲线网格下,采用潮汐调和常数作为控制模拟精度的方法,模拟了洪江附近海域M2分潮的运动特征。模拟所得的潮汐调和常数同实测值相比,误差较小。根据模拟结果绘制的M2分潮的同潮图,揭示了湛江附近海域M2分潮振幅和迟角的分布特征以及M2分潮的传播和发展规律。模拟得到的M2分潮分别在涨憩、落憩、涨急和落急几个典型时刻的流场,揭示了湛江附近海域M2分潮潮流的分布特征及其运动规律。     

长江口盐度的时空变化特征及其指示意义

2003年2,7月在长江口进行了枯、洪季大规模综合水文测验,布控范围西自江阴东至口外-20m,测验站点覆盖4条入海汊道.测验资料统计分析表明:(1)径流大小、汊道分流比、潮汐强弱和地形条件是控制盐度时空变化的主要要素;(2)在盐度空间分布上从大至小的顺序是:北支,南槽,北槽,北港口;(3)北支枯季发生盐水倒灌南支,而洪季可有一半以上区段为淡水所控;在其他3个入海汊道中,北港口门段是长江口盐淡水混合相对最弱的区段,盐度潮周期变幅最大,但洪枯变幅最小;南槽的盐淡水混合较强,盐度潮周期变幅较小,但洪枯变幅很大;北槽介于两者之间.(4)盐度时空变化反映洪季北支、南港和南槽分流比都有所增加.     

长江口附近海域台风浪的数值模拟--以鹿沙台风和森拉克台风为例

利用SWAN波浪模型计算长江口附近海域的台风浪,鉴于长江河口岸界和地形复杂,拟采用曲线网格.为证实曲线网格下的SWAN模型对于复杂地形的有效性,首先选用美国特拉华大学波浪水池实验资料对SWAN模型进行检验,结果表明利用曲线网格能不过多增加计算量而提高关键区域的计算精度.以0215号鹿沙台风和0216号森拉克台风为例,将SWAN模型应用到长江口附近海域,进行台风浪的数值模拟.通过浮标测站实测资料验证,表明有效波高计算值与实测值符合良好.通过综合分析模型计算的波浪场,说明SWAN模型能合理地反映长江口附近海域台风浪的分布.     

二维风暴潮模式并行计算研究

通过对串行程序的分析、探讨,提出了基于区域分解的二维风暴潮模式并行算法;通过生成派生数据类型的方式,解决了二维数组子块传送和不同类型数组对应并行化读写的问题;通过子程序全局通信的方式,解决了边界处理的复杂性,提高了模式的可扩展性.并在选取不同的网格规模、不同的进程数的条件下进行了测试,得到了较为理想的结果.     

全球大洋潮汐模式在北印度洋潮汐预报准确性的评估

为评估DTU10、TPXO8、GOT00.2和NAO.99b 4个全球大洋潮汐模式对北印度洋潮汐的预报能力,采用英国海洋资料中心提供的海区中部和沿岸站潮汐调和常数资料,检验了这些模式4个主要分潮(M_2、S_2、K_1、O_1)的准确度。它们的各分潮调和常数资料准确度都比较高,振幅绝均差的最大值仅5.61 cm,迟角绝均差的最大值仅9.13°。这些模式的调和常数给出潮波传播特征差别不大。基于这些模式提供的调和常数,分别建立了北印度洋4、8和16分潮潮汐预报模型,将预报结果与中国海事服务网提供的沿岸24个站潮汐表资料进行对比。各模式的8分潮(M_2、S_2、N_2、K_2、K_1、O_1、P_1、Q_1)潮汐预报模型均优于4分潮(M_2、S_2、K_1、O_1)潮汐预报模型,NAO.99b模式可以提供16分潮(M_2、S_2、N_2、K_2、K_1、O_1、P_1、Q_1、MU_2、NU_2、T_2、L_2、2N_2、J_1、M1、OO_1)潮汐预报模型,但是对预报结果改善不明显;在各模式中,GOT00.2模式的8分潮潮汐预报模型对北印度洋沿岸的预报效果最好,平均绝均差为14.97 cm。     

弧形海岸裂流的数值模拟研究

弧形海岸波浪产生的裂流严重危害人类活动,但是目前对其特征缺乏充分认识。本文对Haller物理模型实验和三亚大东海的数值模拟表明FUNWAVE模式具有较好的裂流模拟能力。基于该模式进行了多种弧形海岸条件的裂流数值模拟,给出裂流的一些特征：（1）海岸弯曲度增大,裂流增强;（2）海岸坡度对裂流有比较大的影响,太陡或太平缓的海岸不利于形成裂流;（3）海岸尺寸减小,裂流减弱;（4）波高和波周期增大,裂流增强,但是对于某些海岸而言,0.4m波高可能就存在危害比较大的裂流。     

长江口及毗邻海域粪大肠菌和细菌总数在夏秋季的变化

2005年夏、秋季对长江口及毗邻海域(长江口、杭州湾和舟山海域)进行了粪大肠菌群和细菌总数的调查研究,并分析了近10年来的变化趋势,结果表明:夏季长江口及毗邻海域表层水体分大肠菌数平均值20个/L,仅长江口的西部海域粪大肠菌群数量在40~80个/L之间,其余海域基本未检出;秋季表层水体粪大肠菌群数量平均为101个/L,变幅范围为20~24000个/L,其中横沙一带海域存在1个数量为105个/L以上的高值区;夏季长江口及毗邻海域表层水体细菌总数平均为6.4×102cfu/mL,变幅范围为2.0×102~7.3×103cfu/mL,高值区位于舟山群岛以东海域、长江口的中北部及南部等海域,细菌总数在103cfu/mL以上;秋季表层水体细菌总数平均为4.7×103cfu/mL,明显高于夏季,变幅范围为1.3×103~1.8×104cfu/mL,高值区主要出现在长江口东南部、杭州湾西部、舟山海区的中北部等海域,细菌总数在104~105cfu/mL之间;1996—2005年期间,全海域及各海区粪大肠菌群数量在1999年均达到最高,然后逐渐下降,在1996—1999年间海域的细菌数量呈明显的上升趋势,2000年以后数量逐渐减少,估计与海域的有机污染程度下降有关。     

河口物质和水体长期输运分离的理论分析和观测验证Ⅰ.物质和水体长期输运分离的理论分析

基于单宽断面潮周期平均水体和物质对流输运通量,定义了二维水体和物质长期输运速度,它们分别描述单宽断面水体和物质长期输运的方向及快慢。通过二维水体和物质长期输运速度的对比分析,提出了物质和水体长期输运分离概念:受物质浓度影响,在物质和水体瞬时运动速度相同的情况下,物质和水体潮周期平均对流输运的方向和快慢可能存在差异。本文将二维物质长期输运速度分解为二维水体长期输运速度、二维潮泵输运速度和垂向切变输运速度,它们分别描述余流输运、潮泵输运和垂向切变输运,后两种输运造成单宽断面物质和水体长期输运分离。本文的分析表明,河口受地形、径流、潮流、密度梯度影响,存在有利于物质和水体长期输运分离的自然条件。