长江口徐六泾水文站极值水位研究

在气候变化背景下,极端天气和水位事件频发。为了分析长江口极端潮位的长周期特征,研究基于极值理论相关方法,采用近33 a实测资料对长江口极值潮位趋势性和重现期进行分析,结果表明:长江口徐六泾站年极值水位呈轻微下降趋势,直接原因是大通流量减少导致当地年均海面的下降;区分组模型结果显示,台风“温妮”期间长江口造成的风暴潮位为100 a一遇,而POT模型计算结果仅为60 a一遇,100 a一遇重现期潮位约7.0 m;潮位重现期的计算本质是一种用频率代替概率、从样本推求整体的过程,具有一定不确定性。其意义在于以可获取的数据为基础,计算事件发生的风险率,旨在为工程设计或风险管理提供依据。

洪水对长江口风暴潮的影响

河口地区容易遭受洪水和风暴潮复合作用的影响。通过对长江大通站流量长周期序列分析,采用FVCOM建立三维河口风暴潮模型,研究了长江口风暴潮对径流的响应。结论如下:1)长江口天文高潮位(风暴高潮位)随径流的增加而抬升,两者线性关系极强,可为河口洪水和风暴潮的预报提供参考。2)对于给定的天文潮(风暴潮)情景,水位增长率只与站点所在位置有关,且越往上游水位增长率越大。3)风暴增水在江阴段取得峰值,在江阴以上的感潮河段随着流量增大而减小,在江阴以下的河口段变化不明显。

中国近海潮汐变化对外海海平面上升的响应

针对外海海平面上升对中国沿海潮波系统和潮汐水位可能带来的影响,通过西北太平洋潮波数学模型对边界海平面上升后潮波变化进行了数值模拟。研究发现边界海平面上升后,在无潮点附近东侧迟角增加,西侧迟角减小;无潮点北侧振幅增加,南侧振幅减小;辽东湾、渤海湾顶、辽东半岛东海域、海州湾至鲁南沿海、苏北沿海、台湾海峡至浙东沿海和南海平均潮差增加,海平面上升0.90 m后潮差最大增幅达0.40 m;长江口、杭州湾至对马海峡、朝鲜西海岸和莱州湾海域潮差减小。随着海平面上升量值的增加,渤海、台湾海峡潮差变化速率相对稳定,黄海、东海和南海站位变化速率有所变动;平均高水位的变化趋势与潮差一致;潮差增加的区域,高水位抬升幅度超过边界海平面上升幅度。海平面上升引起的高水位超幅变化,增加了沿海地区对风暴潮和其他灾害防护的风险。

海岸工程对渤海湾风暴潮高潮位影响分析

渤海湾是全世界受风暴潮灾害最严重的地区之一。近年来渤海湾建设了大量的大型海岸工程,为研究其建设以后风暴潮可能发生的变化,采用大-中-小区域多重嵌套方法,建立渤海风暴潮二维数值模型。以对渤海海域影响最显著的9216、9711台风和2003年10月三次风暴潮为例,对渤海湾大型工程实施前、后的风暴潮过程进行模拟,分析工程实施后风暴潮高潮水位变化,为工程实施可能对风暴潮防护带来的影响提供基础。计算表明,由于沿岸围垦减小海域的纳潮受水面积,海水被挤压抬升,渤海湾海域工程后风暴潮高潮位普遍抬升。在特大风暴潮作用下,水位最大升高可达0.10 m以上,在堤防设计中需引起重视。

黄骅港外航道寒潮风暴潮及大浪作用下泥沙骤淤数值模拟

建立了多重嵌套网格的渤海湾风暴潮-波浪-泥沙运动数值模式,模拟了渤海湾2003年10月的一次强寒潮风暴潮。以黄骅港航道整治工程为例,模拟研究了航道整治工程前后的流场和泥沙场。研究发现,寒潮风暴潮期间,风暴潮引起的沿岸流使得黄骅港外航道跨越航道横流明显增强,为输沙提供了动力条件;黄骅港二期外航道在此次风暴中骤淤严重,口门外3～19 km段泥沙回淤在2.0 m以上;采用三期拦沙堤防护工程可以规避近岸破波区高含沙水流,外航道最大淤积区向外移,可以起到明显的防淤减淤作用。

潮汐河口闸下风暴潮特征模拟

潮汐河口闸下风暴潮水位对于河道防洪排水至关重要。以苏北里下河主要入海通道射阳河、黄沙河、新洋河和斗龙河等建闸河口为例,采用模型嵌套的方法,以平面二维数学模型模拟了里下河地区"9711"台风风暴潮期间闸下河段的潮汐水流和风暴潮运动过程,研究了闸下风暴潮水位相对河口风暴潮水位的变化特征。模拟结果显示,底摩擦、浅水变形、边界反射等相互作用影响,闸下风暴潮水位和潮汐水位存在一致的变化特性,即高潮位抬升,低潮位下降,潮差(增水)增加;涨潮历时缩短,落潮历时延长;风暴潮水位的变化幅度大于同时期的潮汐水位,风暴潮过程对于闸下排水具有显著影响。在与闸顶高程一致的上游水位条件下,相比天文潮过程,"9711"风暴潮过程可减少闸门过流流量的20%~25%。

珠江口伶仃洋风暴潮传播特性及影响因素数值模拟研究——以台风“山竹”为例

基于FVCOM海洋模式对珠江口伶仃洋内及周边海域的风暴潮增水传播过程进行研究。首先,建立珠江口风暴潮模型,采用超强台风“山竹”作为典型案例进行风暴潮过程模拟,并对模型的计算结果进行验证,发现模拟结果和测站潮位结果比较吻合;然后,对伶仃洋在“山竹”登陆前后的风暴潮增水过程的时空分布及变化特征进行分析。从伶仃洋湾口到湾顶选取12个点进行时间序列分析,发现除了因距离外海远近不同导致的相位差异外,基本特征相似,符合国际上类似海湾内的风暴潮增水波动特征,可分为初振段、主振段和余振段。为了进一步研究台风参数差异对伶仃洋风暴潮增水的影响,本文基于“山竹”超强台风的特征参数,设计了一系列变化条件下的数值试验,结果发现:(1)台风的登陆时间会影响到风暴潮增水和天文潮之间的相位关系,进而影响到增水的大小。如果风暴潮增水极值正好在天文潮高潮位,风暴潮增水就会削弱,而风暴潮增水正好在天文潮低潮位,风暴潮增水就会增强。(2)台风中心压差决定了台风风力的大小,从而影响风暴潮增水。但是在同一海湾内的影响在空间上并不相同,在较浅区域影响大而较深区域影响小。(3)台风路径会对风暴潮增水产生较大影响。基于“山竹”的路径,往西平移会导致湾内增水上升段前移,而往东平移则会引起湾内增水下降的延迟。在同样的登陆点,台风行进路线和海岸线之间的夹角较小时会增强伶仃洋内的风暴潮增水。

长江河口动力与风暴潮相互作用研究

长江口是我国最大的河口,风暴潮是本地区最严重的自然灾害之一.本文分析了本地区风暴潮发生的特点,建立了中尺度气象模式驱动下长江感潮河段河口海岸风暴潮预报数学模型,分析了风暴潮与长江河口动力的相互作用.结果表明,长江河口地区受风暴潮作用特别明显,河口风暴潮最大增水在江阴与徐六泾之间,其位置受上游径流和河口潮汐的影响而摆动;并指出了长江口天文潮、风暴潮与长江洪水作用的一般规律,预测了长江口风暴潮作用下的洪水位.

一次典型寒潮风暴潮过程的数值模拟研究

建立了渤海及邻近海域天文潮与风暴潮的耦合模型。在验证的基础上,以2003年10月寒潮为例,分析了寒潮作用下渤海沿岸的增、减水及潮流场的时空分布变化特征。结果表明,寒潮作用下渤海湾沿岸增水幅度较大,水位振荡明显;潮流运动发生较大改变,局部海域的往复流转化为单向流,可能会影响渤海湾沿岸泥沙的运动。

我国南海沿海台风风暴潮灾害分析及减灾对策

系统总结了我国南海沿海台风风暴潮的生成特点、灾害损失发生规律、灾害特征、灾害成因及强度影响因素等.重点讨论1990—2009年间台风风暴潮的特点,指出近些年来南海沿海台风风暴潮发生频率及其强度均有增加的趋势,特大台风风暴潮发生的频率及损失强度也加大了.最后针对如何有效防御台风风暴潮灾害进行了探讨,以期为珠江三角洲以及海南等地区预防和抵御台风风暴潮灾害提供科学依据.

长江口水流挟沙力公式初步研究

本文根据泥沙运动理论和水流能量平衡原理,结合水流对泥沙的作用效果并分析了现有水流挟沙力公式的适用条件,通过实测资料的整理和研究,推导得出长江口水流挟沙力公式。结果表明,河口半潮平均挟沙力应考虑水流对悬移质的输送和对床沙中悬移质的上浮,同时还应考虑河口其它动力因素(如风、波浪等)及其各类动力过程的非线性作用效应对水流挟沙力的贡献。本文提出的公式从泥沙输运及悬浮的角度去分析河口水流挟沙力,从而有利于河口冲淤特性的分析研究。对长江口而言,洪季水流对泥沙的输运作用大于悬浮作用,落淤的可能性大于冲刷;而枯季水流对泥沙的作用则以悬浮为主,冲刷的可能性大于落淤,从另一侧面解释了长江口"洪淤枯冲"的现象。

基于进化算法和水质模型的河口污染物溯源方法

近年来河口地区水体污染突发事件日益增多,快速识别污染源发生的位置、时间和总量,对于防控措施的制定具有重要的研究价值。为此基于河口地区潮流动力特征,通过变量解耦、优化遗传算法和水质扩散模型,提出了一套适用于河口地区的溯源方法。通过引入基于拉格朗日方法的大尺度粗筛,明确溯源范围;再基于考虑权重系数的遗传算法和适应度指标法,进一步优化污染源位置和发生时间;最后基于解耦模型实现泄露总量的判定,确保了计算效率和和预测精度。模型进一步应用于福建省泉州湾河口地区的污染源识别。研究结果表明,模型在单观测点信息源的情况下,仍具有良好的鲁棒性和溯源准确性,若观测点增加,通过交叉验证可消除观测误差的影响,给出更为准确的溯源结果,证实该方法不受限于实测数据源的多少,具有较好的推广和应用性。该方法可以辅助河口及海岸地区水污染的快速溯源和调查取证,协助相关部门采取必要措施减轻水污染造成的不利影响。

挟沙能力公式系数的最佳确定

水流挟沙能力反映了运动水体所能挟带泥沙的最大能力,确定水流挟沙力公式对于泥沙数学模型的发展具有重要意义,而关键是其系数的最佳确定。基于最小二乘法原理,对目前广泛应用的水流挟沙力公式中的系数确定提出了一种新的方法———枚举法。枚举法直接应用最小二乘法,有别于常用的先取对数后再进行回归分析的传统方法,通过误差分析和结果比较,表明枚举法确定的系数更合理,也提高了公式的精度,使公式能更客观地反映水流挟带泥沙的实际能力。枚举法简单实用,是目前确定水流挟沙力公式系数的最佳方法。

中国近海海平面上升研究进展及对策

海平面上升是全球关注的问题.对海平面上升研究的方法、数据来源和研究结论进行了综述,分析了验潮站数据和T/P卫星数据的优缺点及引起海平面变化的原因和海平面变化中的一些周期因素,指出我国近海海平面上升的可能趋势及幅度,对海平面上升率分析和上升量预测中存在的一些问题进行了分析.此外,还对海平面上升后可能对海岸侵蚀、风暴潮灾害、盐水入侵和洪涝灾害的影响及其防御措施进行了分析,以期综合了解对海平面上升的研究现状和进展.

海平面上升对黄浦江风暴潮水位影响研究

为了模拟海平面上升后的风暴潮位对上海市防洪的影响,建立了黄浦江平面二维潮流-风暴潮数学模型。介绍了模型控制方程、定解条件以及主要参数,并对模型进行了验证。研究表明,黄浦江风暴潮高水位从上游向下逐渐增加;海平面上升后,与风暴潮和天文潮产生非线性作用,引起超高水位,使风暴潮最高水位的增加值大于海平面上升值;超高水位发生的位置和大小与风暴潮特性和海平面上升值有关。研究结果可为上海市的城市防洪提供理论依据。

风暴潮耦合数值模式在渤海海域中的应用

考虑地球曲率的影响,建立了基于球坐标下的渤海及黄海北部海域天文潮与风暴潮的耦合模型,通过对2003年10月8日到14日的天文潮及风暴潮的模拟验证,分析了温带气旋作用下的渤海沿岸各主要港口的增、减水及局部海域潮流的流速、流向变化。结果表明,温带气旋可引起渤海海域显著的增、减水现象,并明显改变局部海域潮流的流速、流向。

不同水文条件下通州沙河段沿程分流分沙特征

通州沙河段受径流与潮流双重作用,江中沙洲、暗滩交替分布,江心洲滩冲淤演变剧烈,航道边界条件不稳定。通过三维水沙数学模型对天然河段洪、枯季水流条件的沿程分流、分沙比及滩槽过渡断面的水沙交换特征进行分析。结果表明,通州沙东水道是主要的涨落潮通道,落潮时上游分流比约90%,往下游分流比逐渐减小至75%左右;涨潮时东水道下游分流比约70%,上游段受西水道漫滩流影响东水道分流比增至85%~90%。洪、枯季落潮期间通州沙东水道的分沙比较对应的分流比有所增加,洪季涨潮期间通州沙东水道的分沙比较对应的分流比有所减小,枯季时变化相对不明显。通州沙下段左缘水流交换和悬沙交换的格局相同,均以槽向滩为主,狼山沙右缘水沙交换通量较小。

连云港港水质现状评价及主要污染物分析

为了评估羊窝头防波堤、旗台作业区等相关工程建设后连云港港内的水质现状,在2013年7月及12月开展了两次水质大面调查,分析了港口区域的表层海水溶解氧、无机氮、无机磷、化学需氧量以及石油类的浓度分布特征,浓度分布分析结果表明港池内水质略差于港外水质,港池末端水质相对较差。采用单项指数法对测量期间的水质进行评价,分析表明两次测量期间港池内了水质单项指标满足港内第四类海水标准,此外还采用富营养化指数方法,对港区内的富营养化程度进行了分析,研究发现港区内富营养化指标略有超出,无机氮为潜在性富营养化的限制环境因子,需要加强港口内部及周围区域无机氮排放的控制。

长江口动量系数分布特征研究

基于长江口1996年3月和9月共23个测点实测水流资料,计算了动量系数的时空变化,并应用线性回归法,计算了特征时间段内的平均动量系数,获得了长江口动量系数时空分布的基本特征:时间上,涨潮大于落潮,洪季大于枯季,而大、中、小潮则依次递增;空间上,自口外向口内,北支呈逐渐增大,而南支呈先增大后减小、口门附近最大的基本特征。由动量系数分析了潮流的摩阻特性,为数值模拟合理选取曼宁系数提供参考。

连云港港旗台作业区及防波堤工程前后水体交换能力研究

随着旗台作业区及南北防波堤工程的建成,连云港港主港区已经变成为南北短、纵深长的半封闭的狭窄港域,口门的缩窄以及口门至港池末端纵深进一步增加,势必对港内水体的交换能力带来一定的影响。通过三维数学模型对工程前后的水体交换能力进行模拟,分析水体交换能力变化的原因,并通过港内水质点的Lagrange运动轨迹进一步认识港内水体的交换过程。模拟结果表明,港区内受水流动力及港口形态的影响,旗台作业及防波堤工程建设后主港区的半交换周期从约5 d增加至22 d。为了保障港内水域的水质环境,必须严格控制港内水体污染排放。