山东裕龙岛跨河道工程对沉积动力环境影响研究

根据裕龙岛附近海域水文和地形等实测资料,采用数值模拟的方法,模拟了研究区跨河道工程建设前后的水动力、冲淤和水交换等沉积动力特征,探讨了跨河道工程建设对裕龙岛内部沉积动力环境的影响。结果表明,跨河道工程建设使裕龙岛内部水道潮流流速整体减小,最大减小量超过20 cm/s,减弱了水道内水动力环境;工程建设对水道内冲淤环境产生一定影响,改变了水道的微侵蚀环境,部分地区发生淤积,最大年淤积量超过2 cm;工程建设明显影响水道内水交换,造成水交换率下降,部分区域水交换率低于60%。整体而言,经一河、经二河建设桥梁,纬一河建设管涵对水道内沉积动力环境影响相对较小,符合工程建设的实际要求。海岸工程建设应优先考虑海洋环境保护,实现工程和环境的协调发展。

罗源湾多年围填海工程对水动力环境的累积影响研究

由于滩涂开发和临港工业建设的需要,罗源湾内围填海活动频繁,但长期以来多个围填海工程对湾内水动力环境的累积效应十分明显。本研究以围填海累积影响下的罗源湾水动力环境变化为研究对象,通过MIKE 3模型,分析了罗源湾3个典型围填海时期岸线与地形条件下的纳潮量和水交换能力变化。结果表明,多年实施的大量围填海工程对罗源湾的纳潮量和水交换的累积效应显著。1996和2012年的海湾全潮平均纳潮量与1960年代相比,分别减少了约20.59%和28.38%,湾内30d的平均水交换率则分别减少19.17%和21.42%,半交换时间延长了约1.74和2.42d。由此可见,频繁的围填海工程对罗源湾水动力环境的累积影响较大。

胶州湾水交换及湾口潮余流特征的数值研究

利用基于普林斯顿海洋模式建立的胶州湾及临近海域潮汐潮流数值模型,结合胶州湾口走航式声学多普勒海流剖面仪(ADCP)测流资料,研究了胶州湾口的潮(余)流特征,并在潮流模型的基础上耦合建立了水质模块,模拟了胶州湾的水交换过程。考虑M2,S2,K1,O1,M4和MS4六个主要分潮,胶州湾口潮流场的模拟与ADCP观测数据吻合较好。外湾口水道上的潮流非常强,大潮期间观测到201 cm/s的峰值流速。团岛岬角的两侧分别存在一个流向相反的余流涡旋,两涡旋在团岛附近辐合,形成了57 cm/s的离岸强余流。整个胶州湾平均水体存留时间为71 d,平均半交换时间为25 d。胶州湾水体交换能力在空间分布上有很大差异:湾口海域最强,向湾顶逐渐减弱。湾内存在两个弱交换区,分别位于湾的西-西南部和东北端,水体存留时间多超过80 d,湾西局部水域最长达120 d,而半交换时间也大多超过40 d。潮流场的结构、强度,以及与湾口距离的远近是造成湾内水交换能力空间差异的主要原因。

钦州湾潮流模拟及其纳潮量和水交换周期计算

根据FVCOM模式的模拟结果和2006年至2008年间对钦州湾海流的观测资料,分析钦州湾的潮流特征,并计算该湾在平均海平面的纳潮量和大、小潮的水交换半更换周期。结果表明,该湾潮差很大,潮流主要为往复流,平均潮差纳潮量为7.55×108m3,大、小潮水交换的半更换周期分别为1.70个周期和4.53个周期。

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。

三沙湾纳潮量及湾内外的水交换

根据三沙湾多年实测潮位资料和2个临时潮位站的实测资料,分析了三沙湾潮汐特征,计算了纳潮量、海水的平均交换率和海水半更换期.结果表明:三沙湾潮差较大,有较强的纳潮能力.但由于其水域面积较大,地形也比较复杂,其整个区域海水的平均“更新能力”一般.当潮差累积率为20%(大潮)时,三沙湾的海水半更换期约为36个潮周期;当潮差累积率为50%(中潮)时,海水半更换期约为75个潮周期;当潮差累积率为80%(小潮)时,海水半更换期达到114个潮周期.

深沪湾水交换特性的研究

纳潮量与水交换时间的大小直接决定了半封闭海湾内污染物的稀释速率,因此对其进行深入探讨对于预测湾内水质的长期变化具有重要意义。本文以11个分潮共同驱动一个三维斜压海流模式用以模拟深沪湾的潮汐潮流,进而计算出深沪湾的纳潮量。另外,浓度为1 g/m3的保守示踪物在模型启动之初被作为初始条件均匀投放在湾内,观察其后示踪物浓度随涨落潮流的变化情况,进而可以估算出深沪湾的半交换周期约为14 d。

罗源湾海水交换三维数值模拟

利用ECOMSED模式中的示踪粒子三维追踪模块分析罗源湾的水交换情况。结果表明,水交换能力的强弱与纳潮量的大小成正比。这里分析湾内水逗留期的空间分布,然后根据湾水存留期的不同将湾内划分为4个地区。进一步的研究表明不同海区湾水逗留期的差异主要是由欧拉余流场的结构差异造成的。由于风场可以影响当地的海流,因此不同的风场也会影响水交换能力。本文结果表明西南方向的风有利于水交换;而作为罗源湾全年主导风向的东北风,在平均风速的情况下,却阻碍了湾内水体的交换。本文还发现在不同投放时刻水交换能力的不同。初始投放时刻的不同对质点总数的减少速度有较明显的影响,高潮时和落潮中间时投放的质点数要比涨潮中间时和低潮时投放的质点数减少得快。罗源湾水交换能力的垂直分布不是均匀的:表层交换率较快,底层较慢,整个海域的交换能力与中层的相当。

湄洲湾潮流特性的数值研究

本文运用一个含动边界的二维河口海岸动力模型模拟了湄洲湾潮汐潮流的基本特征,模拟结果与实测数据吻合较好.在此基础上估算了湄洲湾大、小潮过程的纳潮量,并根据湾内保守示踪物的质量(浓度)随涨、落潮流周期性的变化,进一步估算了湄洲湾的水交换周期,其半交换和80%的交换周期分别为5d和15d.同时可以看出,主航道深水区的水交换特性明显强于湾顶浅水区.

近70年胶州湾水动力变化的数值模拟研究

采用无结构三角形网格海洋模式FVCOM,基于胶州湾不同年代的岸线和水深地形条件,建立胶州湾及其邻近海域各年代的三维潮汐潮流数值模型,从数值模拟角度分析和比较胶州湾不同年代纳潮量、潮汐潮流、水交换率等水动力参数的变化。结果表明:随着胶州湾水域总面积不断缩小,纳潮量在逐渐减小,2008年全湾的纳潮量相对于1935年减少了31.5%,约合3.9×108 m3;海湾流场结构变化很小,流速呈减小趋势;胶州湾欧拉余流"团团转"的多涡结构基本保持不变,最大值都发生在团岛附近;海湾的水交换能力趋弱,对整个胶州湾水体的半交换时间进行海湾平均,不同年代5套岸线下海湾的水体半交换时间分别是37.0d,36.7d,39.2d,39.7d和40.8d。

胶州湾纳潮量和水交换数值模拟

基于无结构网格三维有限体积海洋模式FVCOM,采用高精度的水深和岸线资料,建立了适用于胶州湾的三维正压高分辨率数值模型。通过观测与模拟资料的对比,验证了所建立模型的合理性。基于建立的模型,对胶州湾的潮汐潮流进行了精确的数值模拟,探讨了胶州湾潮致余流和纳潮量特征,并首次探讨了胶州湾内各子区域之间的水交换情况。结果表明,分别采用计算一个涨潮或落潮周期内通过特定断面的海水通量和研究区域的水深及水位值直接计算两种计算方法计算胶州湾的平均纳潮量,分别为8.90和8.71亿m^3,结果发现水位对纳潮量的影响最大可达1%以上,不可忽略;大潮时期的纳潮量为小潮时期的2~3倍;纳潮量春季最低,冬季其次,夏秋季较高。以质点追踪法,定量研究了胶州湾内各个子区域之间以及各子区域与外海的水交换情况。结果发现,胶州湾内不同子区域的水交换能力以及达到稳定时间均不同,且投放质点的时刻不同对其具有较明显影响。在涨潮时段,胶州湾西北部海域达到稳定时间较短且交换率高,东北部海域达到稳定时间较落潮时段基本不变但交换率高;落潮时段则相反。

筼筜湖纳潮量与海水交换时间的计算

通过在筼筜湖引水渠和出水渠断面设置流向、流速、水深等要素的测量断面,以获得筼筜湖纳潮情况下的水动力特征并由此计算筼筜湖的纳潮量和海水交换周期,在中潮条件下,筼筜湖的纳潮量为3.5×105m3,海水平均半交换周期为8.5 d.

大规模填海工程对钦州湾水动力环境的影响

【目的】研究钦州湾大规模填海工程导致的水动力环境变化.【方法】构建一个平面二维潮流数学模型,并利用2007年与2009年实测水文资料对模型进行验证,模型较好地模拟了钦州湾的潮流运动规律.进一步计算分析了2008～2012年钦州湾大规模填海建设前后水动力变化状况.【结果】结果显示：钦州湾东航道、金鼓江航道浚深导致航道内流速减小,最大减小量约0.145m/s;三墩公路建设导致其西侧流速明显缩小,最大减小量约0.224m/s,而其东侧流速显著增大,增量最大达0.322m/s.【结论】大规模填海工程导致钦州湾2012年水体体积比2008年缩小约2.21%;钦州湾水交换能力变弱,海水半交换周期最大增加0.56d.

钦州湾湾口填海对茅尾海水交换能力的影响

以溶解态的保守物质作为示踪剂,建立茅尾海水交换平面二维数学模型,采用开边界污染物浓度梯度与内侧一致假定考虑了边界污染物回归,计算分析了钦州湾湾口两侧大范围填海工程对茅尾海纳潮量和水体半交换周期的影响情况。研究表明:龙门海峡通道顺畅是维持茅尾海纳潮量的关键因素,湾口宽度保持9.4 km以上茅尾海内纳潮量和水体半交换周期基本不受湾口填海工程影响。

环抱式单口门港池水体交换能力研究

沿海港口的环抱式单口门港池可起到防浪和减少泥沙回淤的作用,但此种港池布置对于港区内外水体交换是不利的。在港池口门朝向正对波浪情况下,港池水体随涨潮流增加、落潮流减小而出现港池内水位涌高,导致港池内外水体交换量减小、港池水环境容量下降。以浙江台州温岭港为例,在单纯潮流及波流共同作用两种水情下,通过模拟规划方案下港池内外水质点运动轨迹变化及计算口门通过潮量的变化来探讨该类型港池对污染物输移及水体交换方面的特点,并提出相应的解决办法。

挖入式港池水体交换能力研究

港池水域面积较大的单口门挖入式港池不利于港池水体与外界的交换,连通河涌是解决港池水体交换方式之一。本文以广州港南沙港区挖入式港池为例,通过潮流运动的数值模拟和河涌断面潮量的计算,探讨了连通河涌的位置和开通方式,有效地起到了港池与外界水体交换的作用。

罗源湾海水与外海水的交换研究

根据多年的实测潮位资料，分析了罗源湾的潮汐特征，共计算出该湾的纳潮量、海水的交换率及海水半更换期。结果表明：罗源湾潮差较大，具有较大的纳潮量，大潮期间该湾的总纳潮量可达到0．96×109m3。就平均而言，罗源湾海水的半更换期约为17个潮周期。

岬湾海岸海滩养护工程对水体交换的影响

岬湾海岸内岬头后侧水动力条件较弱容易造成水体生态环境退化,水环境改善可归结为控制污染物,而水体交换能力的强弱反映了水体自净能力.采用MIKE 21软件建立潮流和保守物质输运模型对人工岬湾内部进行分区研究,引入时间尺度指标定量分析水体交换对海滩养护的响应.由于海滩养护工程中沙坝与水流走向保持基本平行,沙坝修建后使得岬头后侧环流减弱,沙坝坝顶处流速增加,两沙坝间通道流速减小.滩肩前方海域流速减小,两沙坝后侧的流速减少更多.人工岬头与沙坝之间形成潮汐通道使得靠近岬头处流速有所增加,工程后滞留时间缩短;其中岬湾内近岬头的2个子区域滞留时间减少量较多,岬湾内中部区域滞留时间变化不明显.波浪和风场均会促进水体交换,但由于波浪受到风场影响,波浪和风场共同作用下滞留时间并不为单独条件的线性叠加关系.

象山港水交换能力研究

为深入研究象山港水交换现状，并为港区生态模型等后续研究提供数据，运用Delft3D软件运行了一个已校准的水动力模型，用模型输出的水位和流速数据分析象山港纳潮量和水流特征．并用模型输出的盐度和示踪剂数据求得基于箱式模型的水更新时间和基于Delft3D示踪剂模型的水更新时间．结果表明：港区平均纳潮量为1．32×10^9m^3，大潮纳潮量为1．82×10^9m^3，小潮纳潮量为0．82×10^9m^3．箱式模型得出滞留系数为0．9，水更新时间约13-21d．Delft3D示踪剂对流-扩散模型得出水更新时间约4个月，置换35％的水体需5d，置换65％的水体需125d，置换90％的水体需305d；示踪剂垂直混合充分，水平差异显著，口门区示踪剂平均滞留时间少于10d，港中区约170d，港顶区超过250d．因此象山港是口门水交换强烈，但中顶部水交换很弱的港湾，其排污口应设在西泽码头以东，港顶应养殖大型海藻，并控制鱼虾养殖规模以减轻富营养化．

湾口建闸海湾水体交换及景观水位数值模拟

大幅度的潮位变动对近岸景观和亲水性有较大影响,为此往往在湾口建闸控制湾内潮位变动,通过设置景观水位改善以上问题,但这将带来湾内的水动力及水体交换条件下降。本研究以马銮湾为例通过潮流数学模型模拟,研究湾口开闸孔数、开闸位置及不同景观水位与湾内水动力和水体交换的关系。利用湾口闸门调度,在湾内形成大尺度环流提高水体交换效率,对马銮湾景观水位和闸门调度方式提出了建议,有效地解决了湾内潮差减小引起水体交换效率减低的问题。