基于EFDC的九龙江口-厦门湾三维潮流及盐度数值模拟研究

环境流体动力学模型(EFDC)集水动力模块、泥沙输运模块、污染物运移模块和水质预测模块于一体,可以用于河流、湖泊、水库、湿地和近岸海域一维、二维和三维物理和化学过程的模拟。为了研究岛屿多、岸线地形及流态复杂的九龙江口-厦门湾水动力过程,该文将EFDC模型运用于该水域三维潮流及盐度场的数值模拟,对比实测资料校核了模型参数,利用实测潮位、流速和盐度数据对模拟结果进行了充分的验证,吻合度高。该水域属于规则半日潮类型,平均涨、落潮历时约6 h;潮流以往复流运动为主,表层流速最大可达2 m/s;低平潮前后出现面积合计约74 km2的多处露滩;发现河口区分层及不同类型的盐度锋现象均在低潮后1 h时最显著。结果表明,该模式成功复演了九龙江口-厦门湾潮汐潮流和盐度场的时空变化过程,适用于模拟和分析河口及近海海域的水动力场。     

温州浅滩围涂工程对周边水动力环境的影响

该文基于MIKE21/3技术平台,将Coupled Model FM模型应用于瓯江口海域水动力环境的数值研究。在现场实测资料验证的基础上,对温州浅滩围涂工程周边二维波流耦合作用下的水动力环境进行了数值模拟,并对工程实施前后的波流场进行了对比分析。研究结果表明,围涂工程对S向及偏S向的波浪起到阻挡作用,并且不会大范围的改变瓯江口海域潮流的水动力特征,仅对工程附近水域产生影响,且影响幅度很小。     

瓯江口潮动力过程研究

瓯江河口分布有岛屿、浅滩和复杂岸界,受到径流、潮和风等多动力因子的共同作用。该文基于非结构有限体积海洋数值模式FVCOM,建立高分辨精细化瓯江河口动力模式,研究河口及其邻近海域潮动力过程。利用实测水文资料,对水位和流速均进行了有效检验。结合实测潮位和流速资料,分别进行潮汐和潮流准调和分析,并系统分析了潮汐特征及4个主要分潮(M2、S2、K1和O1)等振幅线和迟角的分布和变化;分析了潮流性质、潮流椭圆要素(长轴、椭率和椭圆方向)的水平分布和垂向变化;研究了潮波进入瓯江口海域后的耗散过程和各组成部分对动量方程的作用。     

珠江河口潮流的数值计算研究

潮流是潮汐河口地区最基本的物质运动,建立河口地区水动力模型对研究当地的水动力环境和预估海上工程对潮流场的影响有重要意义。利用EFDC模型研究珠江河口的潮流特征并模拟计算试验人工岛对周边潮流的影响。模型计算结果与实测数据吻合较好。研究发现珠江河口潮流性质以不规则半日潮为主,潮流类型以往复流为主,冬夏两季潮流椭圆的旋向相反。人工岛区域最大流速减小,附近水域产生环流现象,并影响潮流流动。     

瓯江口潮流数值模拟

 建立了时间二次插值的三角形网格显式差分数学模型,从而提高了原三角形网格显式数学模型［1］的稳定性和精度。使用三角形网格全自动剖分技术进行网格剖分,使用"干湿"判别法处理了露滩问题,用两套节点关系处理潜堤问题,对大范围(既有细长河道又有大面积海区)、多岛屿、地形及流态复杂的瓯江口海区的潮流场进行了成功的模拟。并根据模拟结果,对瓯江口海区的潮流特征进行全范围的分析介绍。     

苏北沿海大丰海域潮流场数值模拟计算

苏北辐射沙洲海域地形复杂,为了了解大丰海域潮流特征,采用MIKE21水动力模块建立了苏北辐射沙洲海域平面二维潮流数学模型,利用实测资料对大丰海域的潮位和潮流进行了验证。验证结果表明,模型计算值与实测值吻合较好,所建模型能够正确反映大丰海域的潮流特征。数值模拟结果表明,大丰海域的潮流动力强劲,各区域流速较大,往复流特征明显。模拟结果为该海域的工程建设与环境保护提供了科学依据。     

基于ECOMSED的非恒定流水域盐水入侵数值模拟

为了研究非恒定流水域盐水入侵后的水流特性,利用ECOMSED三维海洋水动力模型,对该水域的潮流场和盐度场进行了三维数值模拟。模拟结果显示:在水槽弯曲处靠近主流线一侧盐度较高;靠近河口处的盐度纵向变化受潮差影响较大;底层咸水入侵的最远距离远大于表层;盐水分层现象在小潮时相对更为明显。该数学模型基本反映了非恒定流水域的盐水入侵特性,并可用于进一步分析盐分输移的机理以及预测盐度的分布情况。     

不同潮汐预报模式在近海海域的准确度评估

潮流是海岸河口主要水动力因素之一。为了解海岸河口潮流场特性,一般采用物理模型实验模拟和数值模拟的方法,这两种方法都涉及到开边界的问题。文章介绍两种用于预测潮汐变化从而获得开边界条件的模式,即大洋潮汐同化模式(TPXO)与调和分析模式,并对其在近海海域预测的准确性进行对比分析。结果表明:两种模式均能较好的拟合实测数据,调和分析模式在近海海域的精度更高,更适合计算河口潮流场模拟的开边界条件。     

九龙江口-厦门湾悬沙浓度及多岔口潮汐汊道泥沙输运的数值模拟

基于环境流体动力学模型(Environment Fluid Dynamic Code/EFDC)水动力和泥沙模块,该文针对九龙江口-厦门湾水域潮动力强、浅滩面积大的特点建立二维潮流泥沙数学模型并利用实测数据进行校验。模型精简适用,成功反演了该水域的水动力场和悬沙浓度场,并能正确反映浅水区域的水沙运动特征。结果表明:在潮流作用下,厦门湾水体中悬沙浓度由外向内递增,悬沙随着潮流的涨落在湾内外作中-长距离的往复运动。湾内特别是浅滩区,大潮期悬沙浓度大于小潮期且浓度随潮变化明显,小潮期悬沙场则较为稳定。采用抓斗式挖泥船(源强Q=7.5 t/h)在翔安东南侧浅滩疏浚作业对邻近保护区基本无影响,但翔安南部"五岔口"型潮汐汊道存在能远程输运近岸疏浚泥沙的"泥泵式"水动力场,促使形成环绕厦门岛东海域的带状悬沙分布,该文进一步揭示了形成该分布的水动力机制。增大疏浚强度可导致白海豚保护区被污染,悬沙带宽度增大,浓度上升。     

伶仃洋河口环流特征及其动力机制分析

基于FVCOM模型,该文建立了珠江河口三维水动力数值模式,模式覆盖了上游三角洲河网区域、八大口门区域以及伶仃洋等近岸海域。该模式的水位、流速和流向验证结果表明模式能较为准确地反映伶仃洋的潮汐潮流变化过程。对珠江河口枯季水动力特性进行了数值模拟,并基于模拟结果分析了伶仃洋余流的时空变化特征及动力成因。结果表明,伶仃洋深槽中存在表层余流向海、底层余流向陆的河口环流特征,且河口环流特征随大小潮发生明显变化:小潮期间河口环流特征较为明显,小潮后的中潮期间最为显著,大潮时河口环流特征减弱,大潮后的中潮期间表底层余流几乎均为向海,河口环流特征趋于消失。这种纵向上的余流变化特征主要是与河口斜压作用有关。此外受东北风作用,伶仃洋横向上存在一个表层余流向西,底层余流向东的横向风生环流。