长江口杭州湾及邻近海区潮汐潮流场三维数值模拟
基于FVCOM的杭州湾三维泥沙数值模拟
基于FVCOM的杭州湾三维泥沙数值模拟吴修广;刘光生;程文龙【摘要】应用FVCOM建立了三维潮流泥沙数学模型,根据实测水文资料,对杭州湾开展了三维潮流泥沙验证,结果基本满意.应用模型计算了杭州湾大潮期间涨落潮泥沙输运过程,通过平面、立面的泥沙分布特征,成功再现了杭州湾潮流泥沙的运动过程.尽管模拟精度达不到平面二维模型的水平,但为三维潮流泥沙模型在强潮河口湾的应用作了重要的探索,通过进一步完善模型参数及分析,模型可以应用于涉水建筑物对附近三维水沙影响的分析评估,可为强潮河口湾开发、水环境保护及生态建设等提供更加丰富的研究成果,具有广阔的应用前景.%The region across the Hangzhou Bay is one of the most economically developed areas in China. There are lots of projects constructed in the Hangzhou Bay, which change the transport of current and sediment in the water area. The sediment transport in the Hangzhou Bay, a huge tidal estuary, is very complicated due to the effects of river runoff, wave and tide. The cohesive sediment is reciprocating its motion under the force of tide flow which comes dominantly from the Yangze River. Although 2D model has succeeded in simulating tide and sediment transport in huge tidal estuaries, it can only provide the depth-averaged data in plane. With the hydraulic and coastal engineering construction, more precise research products are needed. In this paper, a 3D current and sediment model is established through FVCOM. The measured data of the current and sediment in the Hangzhou Bay are collected to test the model, and the simulating process is generally consistent with real data. The sediment transport with tide current duringspring tide period is simulated, then planar and vertical sediment distribution are obtained in the study. Although the precision is not as good as the planar 2D model, it is an important attempt to model 3D sediment transport in a huge tidal estuary. The model can be applied to analyze the engineering 3D effect on the territorial waters through ongoing improvement. There are broad application prospects in exploitation and protection of water ecology.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】11页(P86-96)【关键词】杭州湾;潮流泥沙;三维模拟;FVCOM【作者】吴修广;刘光生;程文龙【作者单位】浙江省水利河口研究院浙江省河口海岸重点实验室,浙江杭州310020;浙江省水利河口研究院浙江省河口海岸重点实验室,浙江杭州310020;浙江省水利河口研究院浙江省河口海岸重点实验室,浙江杭州310020【正文语种】中文【中图分类】TV148杭州湾是典型的强潮河口湾，潮波变形剧烈，潮流、泥沙运动复杂［1］.杭州湾两岸是我国经济最发达的地区之一，近年来大量的涉水工程建设改变了局部水域的潮流泥沙过程.目前针对杭州湾研究的数学模型一般有平面二维水流、泥沙模型，具有较高的精度并广泛应用［2］.但二维模型给出的沿水深平均的潮流、泥沙分布特征不能够完全反映钱塘江河口和杭州湾的水流、泥沙特点，特别是水流、泥沙的垂向分布［2－4］.在强潮河口水域，一方面由于地形地貌、工程几何形态尺度以及各种障碍物的影响，流态复杂;另一方面，径流、潮流、波浪以及风、柯氏力等因素是影响河口地区物质输运及沉积的主要动力条件，这些动力因子的单独或耦合作用增加了河口泥沙、盐分、污染物及热量输运研究的复杂性［5－6］.国际上对潮汐河口水动力数值模拟始于20世纪60年代后期.基于简化过的三维浅水方程，Leedertse(1973)开创性地在垂直方向采用固定分层法建立了河口、海湾三维潮流、盐度模型［7］.为了更好地模拟河床地形变化，研究人员将Phi1ips提出的坐标变换应用到河口与海岸三维模型中［8］.以Princeton大学Mellor为首的海洋动力环境数值模拟小组从20世纪80年代开始一直致力于三维数模的开发与应用研究，其代表性软件为POM，ECOM-SED.德国汉堡大学海洋研究所Backhaus等人研发的汉堡陆架海模式HAMSOM在世界许多陆架海上也得到广泛应用.Sheng建立了一般曲线坐标下的三维水动力学模型(CH3D)，该模型也采用S坐标系，水平方向的运动采用水平流速矢量的逆变分量来表示.荷兰Delft研究所建立起来Delft3D也得到了较广泛应用［6］.目前我国河口海岸三维数值模拟均采用国际上应用广泛的三维模型，主要有POM，ECOM，FVCOM等，其中POM应用时间最长、范围最广，几乎世界上各大海域都已应用［9］.各模型都有自身的特点和制约因素，虽然在国、内外不少河口海岸水域都取得过较好的计算精度，但在特定海域的应用均需很长时间来探索和调试，我国一些学者也在国外模型的基础上，根据我国海域特点开展了河口海岸水沙模拟及工程影响分析［10－13］.本文应用FVCOM建立了杭州湾三维潮流泥沙数学模型，根据实测水文资料，对杭州湾开展了三维潮流泥沙验证.应用模型计算了杭州湾大潮期间涨落潮泥沙输运过程，通过平面、立面的泥沙分布特征，成功再现了杭州湾潮流泥沙的运动过程.尽管模拟精度达不到平面二维模型的水平，但为三维潮流泥沙模型在强潮河口湾的应用作了重要的探索.1 数学模型1.1 模型控制方程式中:σ为垂向相对坐标;t为时间;ζ，D分别为潮位和动态水深;H为静态水深;u，v，ω分别为x，y，σ方向上的流速分量;Ci为非均匀泥沙i的浓度;S，T分别为盐度和温度;g为重力加速度;f为柯氏力参数(f=2Φsinφ，φ为纬度，Φ为地球自转角速度);ρ，ρ0分别为海水和淡水密度;q2，l分别为湍流动能和湍流宏观尺度;Km，Kh 分别为垂向涡黏系数和垂向热力扩散系数;Kq为湍流动能垂向涡黏扩散系数;wCi为非均匀沙i的沉速;^H为太阳短波辐射的垂向梯度项;Ps，Pb分别为剪切和浮力引起的湍流动能产生项;ε为湍流动能耗散率;~W为近似壁面函数.水平扩散项Fx，Fy，FCi，FT，FS，Fq，Fl的定义如下:其中:Am，Km为水平和垂向涡黏系数，由修正的Mellor和Yamada的2.5阶湍流闭合子模型计算.Ah，Kh分别为水平方向和垂向热力扩散系数:其中:C0为常数;Ωu为流速u，v控制体的面积;Ωζ为水位ζ控制体的面积;Pr为Prandtl数.1.2 边界条件(1)自由表面(σ=0)(2)海(河)床底部(σ=－1)底部泥沙边界: Kh式中:τDi为非均匀沙i的临界淤积切应力;τCi为非均匀沙i的临界冲刷切应力;M为冲刷系数;→τb为底部切应力当τb ＜τD i时，水中泥沙处于落淤状态，则ECi= αwCiCi(1 －τ/τDi);当τDi＜τb ＜τei时，床面处于不冲不淤状态，则ECi=0;当τb＞τei时，床面泥沙起动，则ECi=－M(τ/τei－1).(3)岸壁边界在海(河)岸边界，给定，其中Φ =［u，v，w，T，S，Ci，q2，q2l］(4)潮位、流量、悬沙边界河口上游边界给定潮位过程ζt(或者流量边界)和温度Tt，盐度St等的时间过程;外海边界给定潮位ζt，温度 Tt，盐度 St等的时间过程.入流时，Ci(x，y，z，t，本研究河流边界约0.5 kg/m3，湾口边界约2 kg/m3;出流时，图1 计算域及网格示意图Fig.1 Computing domain and mesh2 杭州湾三维模型率定和验证2.1 边界设定将杭州湾(上为盐官、下为芦潮港—镇海连线)剖分为如图1所示计算网格，共12 539个节点，20 335个单元，外模时间步长1 s，内模时间步长3 s.盐官和芦潮港、镇海均给定逐时潮位、悬沙边界条件.2.2 潮流验证潮位采用2005年8月大潮期间，澉浦、乍浦、金山、临海浦闸等4个潮位站实测资料进行验证，潮流采用同期澉浦―临海浦闸水域布设的2条垂线大潮同步实测水文资料进行验证，悬沙验证点的位置同潮流验证点.测流点位的具体位置参见图1.潮位验证结果见图2，高、低潮位误差均较小、相位误差基本小于30 min.潮流验证结果见图3，计算表层、底层涨落急流速、流向及相位，均与实测基本吻合.图2 潮位验证Fig.2 Comparison of calculated and measured spring tide elevations图3 流速、流向过程验证Fig.3 Comparison of the calculated and the measured spring tide currents at SW01 and SW032.3 悬沙验证悬沙浓度验证结果见图4，图中分别给出了大潮期间，2个验证点各层的悬沙浓度过程线，以及大潮期间，验证点的垂向悬沙浓度.图4 测点SW01和SW03各层大潮悬沙浓度验证Fig.4 Comparison of the calculated and the measured spring tide concentrations of suspended load at SW01 and SW03通过计算值与实测值的比较发现，悬沙浓度较低时，计算与实测基本吻合，悬沙浓度较高时，误差较大，但整体趋势基本一致.同时可见，数学模型采用的物理参数和计算参数基本合理，计算方法可靠，能够有效模拟杭州湾三维潮流和悬沙运动.3 杭州湾三维潮流及悬沙模拟外海潮波传入杭州湾后，由于受到喇叭口平面形态的压缩以及水深变浅、底摩擦作用，潮波逐渐由前进波变为驻波性质，属浅海非正规半日潮海区.通过澉浦断面后，表现为涌波特性.3.1 潮流模拟计算作为强潮河口，水体在垂向掺混强烈，不存在明显分层，表层流速相对较大，底层流速较小，本节给出了不同分层平面流场图，通过比较可以看出钱塘江河口及杭州湾水域的三维水动力特性.杭州湾是一个典型的喇叭状河口湾，湾宽(南北两岸堤距)从湾顶的16.5 km到湾口展宽为98.5 km，其间的乍浦—庵东断面宽32.2 km，金山—四灶浦断面宽45.5 km，且杭州湾北岸为贴岸深槽，南岸为宽阔边滩，中间地形较平坦，杭州湾的这个特有地形使得潮流进入湾内之后，在不同的断面呈现出不同的特性，南北岸差别也很大，本文通过6个断面立面的流场图来说明这一现象.3.1.1 分层流速图5给出了杭州湾水域表层和底层涨落急时刻潮流流场.总体来看，杭州湾的涨、落潮流速较大，大潮期涨潮流速一般在2.5～4.0 m/s，落潮流速达2.0～3.5 m/s之间，涨急流速较落急流速大，潮流流速由湾口向湾顶逐渐增大;通过对比各分层的流速来看，水体在垂向掺混强烈，不存在明显分层，表层流速相对较大，底层流速较小，流速的差别不大，一般在20%以内，这也是钱塘江河口杭州湾作为强潮河口海湾的固有特性.图5 表层和底层的涨急、落急流场Fig.5 Maximum flood and ebb current fields at the surface and bottom layers3.1.2 垂向平均流速图6给出了杭州湾水域垂向平均涨急、落急时刻的流场图.垂向平均的流场图基本上与各个分层的流场图一致，这主要是由于杭州湾流场不存在明显分层引起的.从垂向平均的流场图能够更清晰地发现:杭州湾的潮流方向基本与岸线平行，以往复流为主;涨潮时，湾口处北面的潮流沿着岸线方向进入湾内，湾口处南面的潮流直接向西进入湾内，两股潮流汇合于金山与王盘山之间的水域，然后继续向西挺进，到达乍浦后，受岸线约束逐步向西南转移.落潮流向基本与涨潮流向相反.图6 垂向平均涨急、落急流场Fig.6 Vertical averaged maximum flood and ebb current field3.1.3 断面流速为分析杭州湾局部深潭水域垂向三维环流特点，本文绘制了澉浦道罗山深潭和乍浦深潭2个局部断面在1个大潮周期内时间间隔为1 h的流速矢量场过程，立面流矢图是指截取断面处的流速矢量在该断面上的投影速度矢量.断面位置如图7所示，断面S1在道罗山深潭宽约1.9 km，断面S2在乍浦深潭宽约6.0 km.由于这2个断面深潭很深，特别是在道罗山深潭断面在涨、落潮过程中出现明显的立面环流，说明深潭水域在强潮汐作用下依然存在较强的立面环流，见图8.图7 局部深潭断面位置Fig.7 Local deep pools section position图8 断面S1和S2的12个时刻断面流速分布Fig.8 Velocity distribution in sections S1 and S2 at 12 hours3.2 悬沙模拟计算3.2.1 分层悬沙表层和底层的悬沙浓度分布如图9.可见，海宁至尖山河段的悬沙浓度比较高，一般在3.0～6.0 kg/m3，主要是由于该河段涨落潮流速大造成的;另外一个悬沙高浓度区位于杭州湾南岸庵东滩地，2.5～4.0 kg/m3，主要是由于潮流对滩涂的冲刷引起的，随着潮涨潮落，这一高浓度区在杭州湾的南岸来回摆动，使得杭州湾南岸的悬沙浓度整体高于杭州湾北岸的悬沙浓度;另外，由于涨潮流速较落潮流速大，所以涨急时刻的悬沙浓度较落急时刻的悬沙浓度大.图9 表层和底层泥沙浓度分布(单位:kg/m3)Fig.9 Sediment concentration distribution of flood and ebb at the surface and bottom layers3.2.2 断面悬沙分布图10给出了一个潮周期12 h乍浦断面(宽约30 km)的立面悬沙浓度分布.从断面的悬沙浓度分布图可清晰看出，悬沙浓度由底至水面逐渐升高，南岸的悬沙浓度明显高于北岸.图10 乍浦断面的12个时刻泥沙浓度分布Fig.10 Sediment concentration distribution in Zhapu section at 12 hours4 结语本文成功应用FVCOM建立了三维潮流泥沙数学模型，并对杭州湾开展了三维潮流泥沙验证.模拟了杭州湾大潮期间涨落潮泥沙输运过程，通过平面、立面的泥沙分布特征，成功再现了杭州湾潮流泥沙的运动过程.同时初步开展了泥沙模拟计算，但由于模型本身的局限性，泥沙计算结果仍不是非常理想.今后的研究工作中，将进一步优化模型的泥沙模块，在不断的调试中，针对杭州湾开展悬沙验证和在局部冲淤计算中开展一些前期研究.完善后的模型，有望应用于杭州湾局部三维水流结构和泥沙输运特征的分析研究，以及涉水工程建设对工程水域水流泥沙和局部冲淤变化的研究.参考文献:［1］韩曾萃，戴泽蘅，李光炳.钱塘江河口治理开发［M］.北京:中国水利水电出版社，2003.(HAN Zeng-cui，DAI Ze-heng，LI Guang-bing.Regulation and exploitation of Qiantang estuary［M］.Beijing:China Water Power Press，2003.(in Chinese))［2］吴修广.强潮河口三维水流泥沙湍流数学模型研究［R］.杭州:浙江省水利河口研究院，2011.(WU Xiu-guang.Research on 3D mathematical model of turbulent flow and sediment of strong tidal estuary［R］.Hangzhou:Zhejiang Institute of Hydraulics＆ Estuary，2011.(in Chinese))［3］吴修广.浙江近海三维潮流、水质数学模型开发及应用研究［R］.杭州:浙江省水利河口研究院，2011.(WU Xiu-guang.Research and application of 3D mathematical model of tidal flow and water quality in Zhejiang offshore ［R］.Hangzhou:Zhejiang Institute of Hydraulics＆ Estuary，2011.(in Chinese))［4］谢东风，潘存鸿，吴修广.基于FVCOM模式钱塘江河口涌潮三维数值模拟研究［J］.海洋工程，2011，29(1):47-52.(XIE Dong-feng，PAN Cun-hong，WU Xiu-guang.Three-dimensional mathematical model of tidal bore in Qiantang based on FVCOM［R］.The Ocean Engineering，2011，29(1):47-52.(in Chinese))［5］LIN B L，FLACONER R A.Modeling sediment fluxes in estuarine water using a curvilinear coordinate grid system［J］.Estuarine，Coastal and Shell Science，1995，41(4):413-428.［6］李孟国.海岸河口泥沙数学模型研究进展［J］.海洋工程，2006，24(1):139-154.(LI Meng-guo.A review on mathematical models of sediment in coastal and estuarine waters［J］.The Ocean Engineering，2006，24(1):139-154.(in Chinese))［7］JAMES W，EID B.A three-dimensional model of Hamilton harbor incorporating spatial distribution of transient surface drag［J］.Canadian Journal of Civil Engineering，1978，5:479-488.［8］PHILLIPS N A.A coordinate system having some special advantagesfor numerical forecasting［J］.Journal of Meteorology，1957，14(2):184-185.［9］CHEN C S，LIU H D.An unstructured grid，finite-volume，three-dimensional，primitive equations ocean model:application to coastal ocean and estuaries［J］.Journal of Atmospheric and Oceanic Technology，2006，20:159-186.［10］刘光生，吴修广，程文龙.乐清湾航道工程三维潮流数值模拟及大风天骤淤计算［C］∥第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集，2011.(LIU Guang-sheng，WU Xiu-guang，CHENG Wen-long.3D tidal current numerical simulation and windy day sudden deposition calculation of Yueqing baywaterway engineering［C］∥Proceedings of Fifteenth Session of the China National Marine(Coastal)Engineering Symposium，2011.(in Chinese)) ［11］GUO Q C，JIN Y C.Modeling sediment transport using depth-averaged and moment equations［J］.Journal of Hydraulic Engineering，1998，125(2):1262-1269.［12］LU Yong-jun，LI Hao-lin，DONG Zhuang，et al.Two-dimensional mathematical model of tidal current and sediment for Oujiang Eastury and Wenzhou Bay［J］.China Ocean Engineering，2002，16(1):107-122. ［13］LI Da-ming，LI Bing-fei，ZHANG Hong-ping.Application of the sediment mathematical modeling on planned project of Lingdingyang Bay ［J］.Transactions of Tianjin University，2002，8(4):285-290.。
舟山海域水文观测分析及其变化过程模拟—报告PPT
1.1.1 大面站温盐水平分布
PART THREE
看完了关于如何做科
1.1.2 大面站温盐垂直断面分布
1.2
连续站数据（ADCP数据）分析
学研究的几本书，只
是觉得像喝了几碗鸡 汤，然并卵罢了
1.2.1 A_3连续站ADCP数据 1.2.2 A_3站流速数据处理
1.2.3 A_3站周日海流准调和分析
4
1.2.1 A_3连续站ADCP数据 1.2.2 A_3站流速数据处理
1.2.3 A_3站周日海流准调和分析
9
01
水文观测资料分析
Hydrological observation analysis
1.2
连续站数据（ADCP数据）分析
1.2.1 A_3连续站ADCP数据
数据主要要素：
流向、流速、 流速东西分量、南北分量
Numerical Simulation
模式结果与实测对比
Model result Comparison with Observation
结论与展望
Conclusion and Prospects
01 1.1
水文观测资料分析
Hydrological observation analysis
大面站数据（CTD数据）分析
长江口及邻近海域海洋生物与生态野外实践基地
2015年度成果汇报
舟山海域水文观测分析及其变化过程模拟
Zhoushan adjacent sea area hydrological observation analysis and simulation 汇报人： 指导老师：
长江口近海作为典型的河口—近岸海洋系统，与人类生活密切相关， 具有极高的研究价值。近年来，长江口近海赤潮频发，低氧现象不断恶化， 这些现象发生的核心区域正好受长江入海径流、沿岸流、台湾暖流交叉影
南汇—奉贤杭州湾北岸岸滩水下岸坡三维EOF分析
南汇—奉贤杭州湾北岸岸滩水下岸坡三维EOF分析一九九七年第一期华东师范大学(自然科学版) JoUrtlalofEastChinaNormalUniversitvaturalScienceN0II997f7一南汇—奉贤杭帅I湾北岸岸滩水下岸坡三维EOF分析龙胜平(华东师范大学国际商学院上海200062)金庆祥(华东师范大学出版社上海200062)提要本文根据南亍[—奉贤杭州湾岸段1983～1990年1:2.5万水下地形图,在建立地形场数据库基础上,应用三维经验特征函数(EOF)方法,对该岸段的水下岸坡进行整体研究.第一特征函数的时空结构反映了80年代以来该岸段的冲淤基本格局,贡献率达6790%;第二特征函数则反映了长江分水分沙对杭州湾北岸岸滩影响,贡献率为iii7%.研究结果表明南汇—奉贤岸滩在纵向和横向上的冲淤特点:纵向上以半渡港为界.以东呈淤积状态.以西整体呈冲刷趋势;横向上,8米等深线为一振动节点".冲淤呈反向变化.研究结果对这一地区的海岸带开发具有重要意义关键词三维经验特征函数岸滩演变杭州湾数据库中图分类号亍一一,～'./f水撵r剖面塑造是海岸研究的一个基本理论课题.岸滩剖面的变化是海岸环境变化的蠹要表现.而岸滩的冲淤变动是渡浪,潮流等共同作用岸滩的结果,也可以看作是在波浪,潮流等外力作用下的一种强迫振动(金庆祥等,t988)因此,渡浪,潮流等在空间和时间上的变化必然造成岸滩时间上和空间上响应的渡动分析这些波动的有效途径之一便是经验特征函数(EmpiricOrthogonalFunctions,简称EOF)方法1976年WinantandAubrey结合南加利福尼亚海滩剖面的研究,讨论了经验特征函数的稳定性和敏感性.PenaandLanfrdi(1986)用经验特征函数研究了阿根廷Pinamar渔港海滩剖面的变化.然而,上述研究都是在砂质海岸地区进行的.淤泥质潮滩发育的影响因素远较砂质海岸复杂,且由于工作条件的恶劣,详尽的潮滩资料的获取非常困难,致使淤泥质潮滩研究长期以来处在定性描述的阶段,特别是潮滩剖面形态的研究工作更显不足.金庆祥等(1988)首次应用二维EOF方法分析了杭州湾北岸金汇港附近磷泥质潮滩随时间的波动,并将潮滩的变化分解为三十主要函数,用以说明整个潮滩的变化规律章可奇(1995)应用二维EOF方法了金汇港和漕泾四条断面.实践证明,应用经验特征函数对淤泥质岸滩进行定量计算和分国家教委博士点基金项目本文于1995年9月12日收到7O?华东师范大学(自然科学版)1997年第1期析是一种行之有效的方法.本文则引进三维EOF方法,揭示杭州湾北岸岸滩冲淤变化的时空结构.由于资料原因,本文工作区域为金山以东的南汇至奉贤岸段(如图1),所以文章中提到的杭州湾北岸均指南汇至奉贤海岸.1E0F方法简介EOF方法是将岸滩看成一个地形场,把地形高程观测数据展开成为时间上和空间上相互独立的一系列特征函数,以反应出整个岸滩变化的总体规律,因此岸滩剖面上每个测点变化P,TF~是孤立的波动,而是相互有关联的组台变动.由于我们感兴趣的是岸滩渡动相对性,而不是岸滩高程本身,故此,在数据处理上首先对岸滩高程距平场进行展开岸滩高程测点时间序列数据可表示为^一h(x,y,) (1)式中x,y代表某一测点在地形场中的位置,为观测时间,,代表空间观测点总数,代表时间观测点总数.为正确反映岸滩地形的相对变化,可将岸滩地形变化性表示成时间和空间的正交函数.,lAf)=^)+∑Ⅱc,(f)(1.2)式中,Ⅱ是归一化因子,c(f)为时间特征函数,)为空间特征函数.口=(^')(1,3)式中^为第i个特征函数的特征值.计算时,通过坐标变换)一0(14)则:.2式为h(x,yf)=h(x,)=∑ac(Oe)(15)j一1关于c(f),ei)和i的求法,由最小方差原理将发结为解下列特征方程:A=^ek(=1,2,…,,t)Be=c(=1,2,…,n,)(16)而A=上旧日1nr月肛(日日)()式中上标代表矩阵的转置.特征值的总和等于矩阵的原始量.A和具有非零特征值. 一般在处理上,只要取前项<min(n,Ⅳ))就可以近似地代表岸滩高程的相对变化,eP:^)≈h(xJ,)+∑口Ci(Oe,(xCe)这里可以把空间特征函数el,e2……,,看成是个分渡,而岸滩的相对变化就是近似地南汇—奉贤杭州湾北岸岸滩水下岸坡三维EOF分析?7l?由这个个分渡合成的结果.个分波在某一时刻所作的贡献太小,则取决于该时刻时间特征函数值的大小应用EOF方法对岸滩剖面的动态进行分析,其优点非常显着:(1)可以压缩大量资料,滤去非本质的随机挠动.(2)易于找出主成分.由于岸滩的波动是波浪,潮汐潮流,泥沙供给等各种物理因素.生物,化学因素综合作用的结果,而这些因素又彼此关联,相互制约.因此,要在这些错综复杂的变化中找出起主导作用的因子,定量比较各因子的重要性是不容易的.而通过经验特征函数分析,求得各特征函数的贡献率,通过贡献率大小的比较,就可以找出起主导作用的因子.f3)各组特征函数是相互正交,互不相关的.空间特征函数只依赖空间的变化,时间函数只依赖于时间的变化,这样便于分离空间和时间上的波动正是因为如此,经验特征函数分析方法在地学领域内越来越引起研究者们的重视,获得越来越广泛的应用.2资料来源和处理在这项研究过程中,首先对上海市水利局提供的1983～1990年l:2.5万历年南汇奉贤岸滩地形图进行数字化,一共选4l条剖面,其中南汇东濉9条,南汇南濉22条,奉贤l0条.每条剖面取20个采样点,为了更准确的反映潮濉部分的冲淤情况,在近岸部分每隔l[】(】米取一个点,共取l0点,另外距岸较远的l0个点每点间隔为250米.每条剖面的第二十点总在一70米水深以外,所以我们认为这样的剖面结构能够充分反映潮滩和水下岸坡的冲淤情况借助于FOXBASE数据库管理系统,以每条剖面空间坐标和岸滩高程,Y,=)为字段名,每年的采样点构成一个由60个字段,41个记录组成的岸滩高程信息管理数据库.最后,把每年的数据库连接在一起,构成杭卅l湾北岸岸滩冲淤历年变化数据库管理系统,为今后的研究奠定基础.同时,我们还读取了每条段面等深线的离岸距离,构成另外一个数据库,以便随时调用本文研究的目的在于揭示杭州湾北岸岸滩冲淤的宏观整体变动,所以,研究中排除了局部地区由于工程等原因造成的地形上的奇异点五十年代末以后南汇南滩受到严重冲刷,1960年芦潮港修建的挡潮排涝闸在1961年汛期因海岸侵蚀而全部坍没倒毁;1962年在原址内400米处重建新闸,1964年为保护水闸及稳定岸滩,在港口两侧建东一丁坝和西一丁坝;1971年修建东二丁坝,东三丁坝及西二丁坝,西三丁坝.六条丁坝在稳定岸线的同时,改变了坝前水流的边界条件,使强大的水流能量集中,从而在坝前区域产生淘蚀,坝前水深逐渐增大,先是在东三坝前出现深坑,继而西三坝前也出现了深坑,两个深坑在不断扩大,最后在1981年连通合并,1987年最大水深达l1.15米.从其形成过程可知,此段深槽实际上是一个堤头冲刷坑但1987年以后,因水沙环境的急剧变化,冲刷坑迅速淤浅,至1989年冲刷坑已基本消失.如此局部的大冲大淤不利于研究整体效应,所以在计算时排除了芦潮港六条丁坝所在的剖面同样,小勒港附近,由于局部地形因素,在岸边曾一度出现一l059米的深坑,1990年的测图显示深坑范围已经大大减小,水深也变为7.07米.所以我们认为这也是一个特殊地区,计算时也不加考虑(此类特殊地形变动以后另作研究.最后,我们选取汇角到金汇港东共30条剖面,600个采样点,对l983年到l990年逐年岸滩高程原始数据矩阵进行EOF计算72?华东师范大学(自然科学版)1997年第l期3计算结果分析计算结果(表1)表明,第一,第二,第三特征函数的累积贡献率达到85.21%,因此前三个特征函数就已解释了杭卅l湾北岸岸滩的大部分变化情况表1南汇南滩,奉贤岸滩三维经验特征函数计算结果特征函数{特征根l贡献率(%)累积贡献率(%)12.5896l679067902i0.4261I111779083102339I61385214j01888l4.959咀163.1第一特征函数第一特征函数的贡献率为679O%,这就说明杭州湾北岸岸滩高程变动的大部分可以由第一特征函数来解释.第一特征函数代表了岸滩的平均冲淤趋势.第一时间特征函数呈单调下降(图2),第一空间特征函数的空间结构则表现为南汇南滩大部分地区和金汇港西侧为负值;峰值出现在汇角附近,往西迅速递减(图3,图4).南汇南滩的半渡港与泻水槽之间的近岸部分开始出现正值,从此往西正值范围扩大,但峰值出现在中港附近的近图l研究区位置示意图岸部分奉贤境内,除金汇港以西的近岸部分为负值外,几乎所有剖面都呈现正值. 罄j\,j\\..,...年图2第一时间特征函数表明岸滩冲淤幅度上的递减.从第一特征函数来看,在.v)<0区域中,ClOI(x)的数值从负到正,表明是递增的,根据原始数据对高程的定义,Ah递增代表淤积,因此,在e.(x,y)<0的区域,从1983到1990年时段内呈现淤积趋势,淤积的最强烈部位在忙角附近.从1983年到1990年,汇角0米和50米等深线分别向海移动1050米和1300米,强烈的淤积致使汇角水闸淤塞报废,r)J在空间上自东向西递减,在【,Y)>0区域中,C【(f)【(,Y)的数值从正到负,表明△^是递减的,表明e【)>0的区域在1983~1990年时段内呈冲刷的趋势,冲刷的范围主要集中在奉贤境内和南汇西部地区,冲刷幅度最大处在中港附近,中港东侧顺坝外脚趾高程1983年馨螬南汇—奉贤杭州湾北岸岸滩水下岸坡三维EOF分析?73?为265米,而1990年降为一O22米,平均每年刷深36厘米.冲刷强度自中港往西递减.孽蟮图3第一空间特征函数,于零)图4第一空间特征函数f大干零)第～特征函数的这种时空结构反映了八十年代以来杭卅l湾北岸岸滩冲淤的基本格局:南汇南滩呈淤积趋势,而且淤积最强的部位总是在水下岸坡坡度最陡的地方,淤积幅度总体上自东向西递减.南奉交界以西则呈冲刷状态,冲刷幅度亦是自东向西递减.众所周知,岸滩的冲淤过程就是泥沙在各种动力作用下侵蚀和淤积过程.长江口作为杭卅l湾北岸岸滩泥沙的主要来源,其泥沙数量和方向都直接影响着杭卅l湾北岸岸滩的冲淤变换.长江口与杭卅l湾的泥沙交换主要以如下两种形式进行的:(1)长江径流扩散后.一部分泥沙以冲淡水的形式随强劲的涨潮流进入杭卅J湾北部,一部分泥沙刷在涨潮时绕过南汇嘴随涨潮流而进入杭州湾北岸水域由于长江口潮渡和杭州湾潮波的差异,在南汇东滩与南滩之问形成的横比降是实现上述泥沙交换的主要机制.从低潮位到中潮位的时段内,长江口南岸水位比杭州湾E岸水位高f以年平均低潮位为例,长江口中浚站为O.6O 米,芦潮港站仅为O.22米),长江i:1水沙直接进入杭州湾北岸;而从中潮位到高潮位,则是杭州湾北岸水位高于长江口南岸,杭:H1湾北岸水沙进人长江口f2)夏季是长江的洪水期,大量泥沙人海后,由于盐淡水的交汇及台湾暖流从外部海域北上,促使半数以上的泥沙在口门附近沉积,形成规模宏大的水下三角洲.冬季,在东北风的作用下,堆积在长江口的细颗粒泥沙在波浪作用下再度悬浮;同时,由于台湾暖流的退缩,长江冲淡水主轴偏南,使得长江南槽口外至绿华,大戢附近悬沙浓度成倍增加,大量泥沙由此南下,造成杭州湾水域的高含沙量时期所以,长江口与杭州湾泥沙交换的多少直接决定了杭州湾北岸岸滩的冲74?华东师范大学旧然科学版)1997年第1期淤变化状况;而泥沙交换量的多少又直接取决于南北港和南北槽的分水分沙,及南支底沙的下移情况若南槽的分水分沙量比较高,杭州湾北岸岸滩获得的泥沙就多,相应地南汇南滩向外淤涨.在淤涨的同时,在长江口扩散水流和波浪共同作用下在南汇嘴形成的状似沙嘴的拦头沙,对长江口和杭州湾的水沙交换起到了类似丁坝的作用,拦头沙摆动的角度直接控制了南汇南滩的冲淤态势.近年来,由于长江口南北槽的分水分沙发生变化和南槽底沙的下移出海,进入杭州湾水域的泥沙增加,加上东滩侵蚀,迫使汇角拦头沙向南偏转.汇角及其以西海岸由于受到拦头沙的掩避作用,淤涨幅度较大,特别是冬季因海水含沙量高,故而淤涨最为激烈.随着拦头沙南摆,潮流顶冲位置西移,中港附近形成潮能积聚的峰值,岸滩侵蚀最为强烈.往西侵蚀幅度逐渐衰减.第一特征函数反映了这一情况.为了更直观,更明了地反映杭州湾北岸岸滩纵向的冲淤情况,我们选取了上述各剖面孽\/\.J●JJft,正圉5第-"tt,il司特征函数部正值,离岸部分为负值f图6):相反值,离岸部分为正值(图7),图上显示,近.中2,0和5.0米等深线,将其离岸距离作EOF分析.结果表明,20米和50米等深线第一特征函数的贡献率分别占到9195%和8905‰.足以反映杭卅l湾北岸岸滩冲淤的基本情况计算结果同样显示了上述冲淤趋势.3.2第二特征函数第二特征函数的贡献率为lJl7%.从第二时间特征函数上看,cff)从1983年到1987年呈单调递减,而l987年至1990年则为单调递增(图5)第二空间特征函数的空间结构表现在南汇南滩和奉贤东部地区的潮滩和水下岸坡的近岸在奉贤西部海岸的潮滩和水下岸坡近岸部分为萤第二空间特征函数的正负转换大约在80米深线附在2(,Y)>0区域中,C(f)(x,y)的数值从正到负表明,在1983年到1987年期间,杭州湾北岸8米以浅部分为相对冲刷的范围,其变幅以水下岸坡部分为最大研究表明,自五十年代末至八十年代初,南汇南滩近岸部分总的趋势是冲蚀刷深,随着冲刷强度的增加,在芦潮港丁坝前出现冲刷槽.而在这期间,奉贤海岸近年部分则处于总体淤涨阶段.因此,在e2yo的区域发生的冲刷情况是从五十年代末开始的八七年以后南汇南滩和奉贤海岸则产生相反的变化,表明在l987I99o年问,2(.]>0的区域表现为相对淤积实际上,正是在这个淤积背景下,芦潮港丁坝前冲刷槽在这段时期内很快趋于消失.在2)<0的区域,其冲淤变化情况正好与e(,)>o区域的变化情况相反.对比l987年前后长江口分水分沙的变化过程,这一变化特征与杭卅I湾北岸的第二特征函数变化极为吻合,如赋予第二特征函数一定的物理概念,即在平均岸滩变化基础上,第二特征函数反映了长江口分水分沙对杭州湾北岸岸滩演变的影响.由此可知,杭州湾北岸岸滩冲淤不仅在纵向上有变化,在横向上也存在着明显的波孽南汇—奉贤杭州湾北岸岸滩水下岸坡三维EOF分析-75?动.横向上的波动与纵向上的变化可互为补充.同时,第二时间特征函数表明这种波动在1987年发生了突变,使得冲淤格局发生了根本性的变化.在本项研究过程中.我们发现无论冲淤如何变化,8米等深线附近是～个十分明显的冲淤"平衡点"或称"节点"节点以上若冲刷,下部则成淤积;上部若淤积,下部则冲刷关于"节点的动力机理究竟是什么尚有待进一步研究孽图6第二空间特征函数{大于零)图7第二空间特征函数(/b于零,3.3第三特征函数第三特赶函数的贡献率为6.13%,从第三时间特在函数看,C(,)从1983～1984年呈递增,l984～l985年呈递减,1985～l987年递增,1987～1988年呈递减,1988～1989年呈递增,1989--1990年递减.第三空间特征函数的表现也极为复杂,在南汇南滩的离岸区域绝大部分为负值,其余地区正负相互交错.这说明杭州湾北岸岸滩冲淤存在着周期更短,空间结构变化更为复杂的波动,这可能与波浪,风暴,海平面变化,沿岸各种形式的海岸工程有关影响第三特征函数变动的因素也有待进一步的研究.3.4结语通过EOF分析,我们发现第一,第二特征函数的累积贡献率达79.08%,它们各自代表的物理意义明确研究结果表明:(I)杭州湾北岸岸滩大致以南汇南滩的泻水槽与半渡港为界,南汇南滩总体平均扶况表现为八十年代以来呈现淤积趋势,奉贤海岸除金汇港西部柘林地区仍呈现淤积状态外,整体表现为冲刷趋势.因与泥沙来源和潮能的聚散相联系,使得淤积峰值和冲刷峰值分别出现在南汇汇角及中港附近,峰值往西总体上呈衰减趋'76?华东师范大学(自然科学版)1997年第】期势.(2)潮滩和水下岸坡近岸部分与离岸部分之间存在明显的冲淤变化,冲淤"节点大致在8米等深线附近冲擀过程在1987年出现突变.(3)第三特征函数的时空结构极为复杂,证明影响杭州湾北岸岸滩冲淤变化的因素很复杂.尤其是沿岸大量的海岸工程足以对岸滩冲淤变化产生明显的影响=致谢国家教委博士学科专项基金项目.研究过程中始终得到华东师范大学河口海岸研究所陈吉余教授的悉心指导,上海市水利局陈科信高级工程师为研究工作的顺利进行创造了条件,井提出了许多宝贵的意见.在此谨表谢眈l参考文献[1】AubreyDGSeasonalpattersofOttshore~offshotCsedimentmovement.JGeophy~Res.197 9.84:6347~6354【2】2A'obreyDGThestatisticalpredictionofbeachchangesinsoutherncalifornia.JOeophysRe s.198085(c6):3264～3276口】ClarkeDJ,EliotIGLow—frequencyvariationintheseasonalntemtvofcoastalweathersystemsandsediment movementonthebeachfacrofasandybeachMarGeol198879:23～2914]ClarkeDJ.EliotIGFrewjRV ariationinsubariatbeachsedimentvolumeoilasmallsandyb eachoveramonthlylunartidaLcycleMarGeo1.1985.58:319--344】WinantCD,InmanDLNordstormCEDescriptionofseasorIalbeachchangesusingempirical eigenfunctionsJGeophysRes.1975.801979～l986【61ZhangKQJinQx.WangBCSeasonalchangesofthetidalflatfromJinhuigangtoCaojing alongthenorthbankofHangzhouBay.ChinJOceaao【Limnol1993【】32l～332[7】金庆祥,劳恬声陈垒等应用经验特征函数分析杭州湾北岸金汇港泥质湖滩随时间的渡动.梅洋.1988,10(3):327～333 AStudyOilNearshoreProfilesfromNanhuitoFengxian AlongtheNortheBankofHangzhouBaywith3D——EOF LongShengpingJinQingxiangSchoo[o!lntanatlonal口"IJ1sPabliahingHottseEastCh#raNormalUniversityShmtghai200062) AbstractBasedonthedatabaseofdigitizedmapsofnearsh)refromNanhujtoFengxian,longthenorthbankofHangzhouBaywithasealeofl:25000sincel983tol9903D emipricalorthogonalfunction(EOF)wasfirstusedtostudythestructureoftemporalandspa. tia1variationofthecoastaIevolution.Thebasiccharacterofthenearshoreprofilesevolution wasexpressedbythefirstemipricalorthogonalfunction.whoseCOntributionratewasupto 67.90%.Thesecondemipficalorthogonalfunction.whosecontributionratewasl117%.was usedtoexplaintheeffectofthechangesoftheChan鲥iaugEstuaryonthenearshoreprofiles evolution.Itwasprovedthat3D-EOFwasaveryuseru1methodtocoasta1researchandthere —suitsofthepresentpaperwasofimportantsignificancetothecoataldevelopmentand nlauagentofthenorthbankofHangzhouBay.Keywords3D—EOFCoastalevolutionHangzhouBayDatabase。
FVCOM在长江口水动力数值模拟中的应用
FVCOM在长江口水动力数值模拟中的应用李春良;倪晓雯;梅国永【摘要】本文以“大江河口湿地演变退化的评价体系”项目为背景,应用FVCOM 潮流及形态动力学模型建立长江口三维潮流数值计算模型,建立了包括长江口、杭州湾及邻近海域大范围的三维潮流数值模型,基于Linux平台下的并行计算使得变尺度大范围河口地区的模拟效率得到了很大的提高.运用实测潮位、流速、流向对模型的相似性进行验证,计算验证结果与实测值比较吻合,模拟流场能够比较好的反映长江口地区往复流场和口外区域顺时针旋转流特征,可以用于长江口潮流的进一步研究.【期刊名称】《港工技术》【年(卷),期】2016(053)003【总页数】5页(P1-5)【关键词】长江河口区;潮流界;三维;数值模拟【作者】李春良;倪晓雯;梅国永【作者单位】山东省交通规划设计院,山东济南250031;山东省建筑科学研究院,山东济南250031;山东省建筑科学研究院,山东济南250031【正文语种】中文【中图分类】TV148+.51.1 概况长江口是长江在东海入海口的一段水域，属于较为典型的潮汐河口，潮区界位于安徽省铜陵市和芜湖市之间，距离长江河口约640 km，潮流界在江苏省江阴市以下，长度约240 km。
按照河口地区潮流潮汐特征，通常把上自安徽省铜陵市大通镇，下至水下三角洲地区前缘（约东经123°）的河段称为河口区［1］。
在徐六经以下，由于科氏力的作用，落潮流偏向南、涨潮流偏向北的现象较为明显，长江在崇明岛西侧被分为南支和北支，在吴淞口以下南支又被长兴岛和横沙岛分为两支，即南港和北港，南港又因为九段沙的分割分为南槽和北槽，河槽自西往东呈现较有规律的分叉。
最终南、北支，南、北港，南、北槽呈三级分汊、四口入海的格局［2］（图1）。
1.2 潮汐与潮流长江河口地区属于不正规浅海半日潮，潮汐现象主要受外海的潮流潮波影响，潮汐日不等现象较为显著［2］。
潮波进入长江河口地区后，受到岸滩、河底河床抬高和上游径流等因素的影响，潮波在上游的变形要大于下游，上游潮位要高于下游，上游潮差要小于下游，越往上游涨潮历时逐步缩短，落潮历时相应逐步延长［3］。
金塘水道悬沙场遥感反演及数值模拟
金塘水道悬沙场遥感反演及数值模拟蒯宇;陶建峰;康彦彦【摘要】Based on the data from the GOCI(Geostationary Ocean Color Imager), three different remote sensing models were compared and the neural network model with a relative higher accuracy was chosen to interpret the SSC (Suspended Sediment Concentration) field during the spring tide in June 2015. A 2D tidal current and suspended sediment model was adopted to carry out numerical simulation of suspended sediment movement during the same period. Comparison results between the remote sensing interpretation and the numerical model show that the SSC is higher in the north part of the Jintang Channel than it in the south part, and it has a periodic characteristic that the SSC increases during the flood period and decreases during the ebb tide. The remote sensing results and deduced numerical model results are relatively similar in both water surface SSC distribution and magnitude, which provides a method for areas with large horizontal scales lacking SSC data.%基于GOCI遥感数据,通过三种遥感模型的比较,选择了精度较高的神经网络模型,对2015年6月大潮时期的悬沙场进行解译,并建立了二维潮流泥沙数学模型对同时段的悬沙场进行了模拟.比较遥感解译与数模的结果得到:金塘水道悬沙场呈现北高南低的分布特征,时间上具有明显的周期性,涨潮时悬沙量逐渐减小,落潮时逐渐增大;遥感解译与数模模拟推算得到的水体表面的悬沙场在分布趋势和量值上较为一致,为大范围水域缺少泥沙分布资料的情况提供了一种可借鉴的研究方法.【期刊名称】《水道港口》【年(卷),期】2017(038)003【总页数】7页(P228-234)【关键词】金塘水道;遥感解译;数值模拟;悬沙输移【作者】蒯宇;陶建峰;康彦彦【作者单位】河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 南京 210098;河海大学港口海岸与近海工程学院, 南京 210098;河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 南京 210098;河海大学港口海岸与近海工程学院, 南京210098;河海大学港口海岸与近海工程学院, 南京 210098【正文语种】中文【中图分类】P748;O242.1金塘水道是一条由潮流长期冲蚀作用形成的峡道型潮汐通道[1]，是连接杭州湾南岸海域与外海的潮汐通道之一（图1）。
长江河口涨落潮不对称性动力成因分析
长江河口涨落潮不对称性动力成因分析王彪;朱建荣;李路【摘要】长江河口存在着涨落潮流速和历时的不对称现象.本应用长江河口三维数值模式,数值试验定量给出了不同径流量、潮汐和水深下南北支、南北港和南北槽涨潮落潮平均流速和历时,通过横断面涨潮落潮通量必须满足质量守恒观点从动力机制上给出了涨潮落潮流速和历时不对称的成因.%There exists the asymmetry of current speed and duration between flood and ebb in the Changjiang Estuary. Applied the three-dimension numerical model in the Changjiang Estuary, the mean flood/ebb current speed and duration in theSouth/North Branch, South/North Channel and South/North Passage under different river discharges, tide and water depth were given out quantitatively by the numerical experiments. The dynamic causes of the asymmetry of flood/ebb current speed and duration are explained in the view of mass conservation by the water flux through the transect during flood and ebb period.【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷),期】2011(033)003【总页数】9页(P19-27)【关键词】长江河口;涨落潮不对称;径流量;潮汐;数值试验【作者】王彪;朱建荣;李路【作者单位】华东师范大学河口海岸国家重点实验室,上海,200062;华东师范大学河口海岸国家重点实验室,上海,200062;华东师范大学河口海岸国家重点实验室,上海,200062【正文语种】中文【中图分类】P343.5;P;P731.221 研究意义和背景河口是河流与海洋相互作用的复杂区域,对河口的水文特征、动力过程的研究,是研究河口的基本内容,也是河口水质、泥沙等研究的基础,有着重要的科学意义。
ECOMSED模式在杭州湾海域流场模拟中的应用
2. 1 模型介绍 ECOMSED 模式是目前国际上较为先进的水
流 、泥沙 、水质模型之一 ,具有计算三维水流 、水质 、 动床泥沙等诸多功能. 该模式主要由水动力模块 、泥 沙输运模块 、波浪模块 、热通量模块和水质跟踪模块 组成 ,各模块之间相互耦合. 其中水动力模块是一个 基于静压和 Bo ussinesq 近似的三维斜压原始方程 模式[16～20 ] ;自由海表面 ,水平网格采用的是曲线正
2. 2 Grant2Madsen 模型
为考 虑 波 浪 对 底 切 应 力 的 影 响 , 本 文 引 入
Grant2Madsen ( GM) 模型[18 ,20 ] ,用一个迭代过程来
求解波流共同作用下的底切应力. 波浪引起的地摩
擦切应力为 :τw =ρu23 w = 12ρf w Uδ2 ,其中ρ为水的密
为 u 3 c = τ/ρ,其中τ= fρU2 , f 取 0. 002 5 ,ρ为水
的密度 , U 为深度平均流速 ; 底部参考高度取 z = 01 05 H 处 ,利用流速剖面的对数分布 ,可以估计在 参考高度上的流速大小 : uc = ( u3 c/κln ( z/ z0 ) , 式中 κ= 01 4 Vo n Karman 常数 , z0 为底部糙率 ,利用关 系式κN ≈30 z0 ≈2. 5 D50 , 建立 z0 与底质中值粒径 D50 的关系 ,κN 为 Nikuradse 糙率.
方向动量方程 ,盐量扩散方程 ,湍动能方程 ,湍混合
长度方程. 其中 ,U , V 和ω分别是σ坐标系下的水
平速度和垂向速度 , S 是盐度 , q2 为湍动能 , l 为湍动
的长度尺度. 上述方程 (4) ～ (6) 中 ,水平扩散项 Fx ,
Delft3D模型的应用情况研究初稿
Delft3D模型的应用情况研究摘要：Delft3D 是由荷兰Delft 大学WL Delft Hydraulics 开发的一套功能强大的软件包，能够模拟二维和三维的水流、波浪、水质、生态、泥沙输移及床底地貌，以及各个过程之间的相互作用。
该软件在国内外得到了广泛的应用，并在研究地形演变、咸潮上溯、环境评估、航道整治、洪水演进等方面获得了诸多令人满意的成果。
关键词：Delft3D;数值模拟；应用1.前言Delft3D 是由荷兰Delft 大学WL Delft Hydraulics 开发的一套功能强大的软件包，能够模拟二维和三维的水流、波浪、水质、生态、泥沙输移及床底地貌，以及各个过程之间的相互作用.其核心模块为水动力模块(FLOW），共包括波浪模块(WAVE）、水质模块（WAQ)、颗粒跟踪模块（PART）、生态模块（ECO)、泥沙输移模块（SED）和床底地貌模块（MOR）等七大模块。
Delft3D软件的工作思路是，先利用网格生成工具（RGFGRID)、地形编辑工具（QUICKIN）生成网格和网格节点上的水深文件，再通过相应的模块来计算相应的水流问题,最后根据计算结果利用后处理工具(GPP 和QUICKPLOT）处理得到的数据。
该软件在国内外得到了广泛的应用，并在研究地形演变、咸潮上溯、环境评估、航道整治、洪水演进等方面获得了诸多令人满意的成果。
2。
Delft3D模型介绍2.1模型概述Delft3D软件是由荷兰Delft水力学研究所研究开发的一套水流、泥沙、环境完全集成的计算机软件包，可用于海岸、内河、河口区域的三维计算。
该软件具有灵活的框架，能模拟二维(水平或垂向)和三维的水流、波浪、水质、生态、泥沙输移和床底地貌,以及各个过程之间的相互作用。
它是目前世界上最先进的水动力-水质模型之一。
其主要特征是:所有子模块都具有高度的整合性和互操作性;能直接应用最新过程知识;采用最为友好的图形用户界面（GUI）。
长江口外海域波浪场数值模拟
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的数 值 模 拟 ；隋 洪 波 应 用 中 国 海 洋 大 学 开 发 的
附近海域盛行浪 向与盛行风 向颇为一致 ，冬季 以 偏北 向浪为主 ，夏季 以偏南向浪为主 ，春秋两季
为 浪 向交 替 过 渡 季 节 。长 江 口和 杭 州 湾海 域 最 大 波 高往 往 产 生 在 台风 期 间 ，其 次 在寒 潮 大 风 天 气
Ｎｕ ｅ ｉ ａ ｉ ｕｌ ｔｏ ｆｗａ ｅｆｅ ｄ ａ ｏ ｍ ｒｃ ｌ ｍ ａ ｉ ｎ ｏ ｖ ｌ ｒ ｕｎｄ ｔ ｎｇ ｚ ｖ ｒ ｅ ｔ ａ ｙ ｓ ｉ ｈｅＹａ ｔ ｅＲｉ ｅ ｓ ｕ ｒ
Ｑ ＵＪ —ｅ， ｕ ， ＵＸｎ ｈ ａ Ｉ ｆｉＭＡＹ ｅ Ｘ ｉ— ｕ ｕ （ｈｎ ｈｉ ａｔ ｅ ｒ ｅ ｎ ｉｅｒ ｇＳｒｅ Ｄ ｓ ｎＩｓｔｔ， ｈｎ ｈ ｉ ０ １７ Ｃ ｉａ Ｓ ａ ｇａ Ｅ ｓＳａＭａｉ ｇ ｅｉ ｕｖｙ＆ ｅｉ ｔｕｅ Ｓａ ｇａ ２ ０ ３， ｈｎ ） ｎＥ ｎ ｎ ｇ ｎｉ
ＭＩ Ｅ２ Ｗ模 型 中的源 函数 项 描述 了各 种 物 Ｋ １Ｓ 理 现象 的源 函数 的叠 加 ：
Ｓ＝Ｓ ５ｌ ｓ ＋ ５。 ｆ 。 ｄ ｂ ＋５ ｒ ＋ ＋Ｊ （ ７）
上 。 “ 莎 ” 台风 是 近 十 年 对 上 海 影 响最 严 重 的 麦
一
式 中 ：５ 指 风 输 入 的能 量 ；Ｓ１ 波 与 波 之 间 的非 ｉ Ｂ 指
・
ｌ ・ ２
基于FVCOM的杭州湾三维泥沙数值模拟
摘要： 应用 Ｆ Ｃ Ｍ建立了三维潮流泥沙数学模型， ＶＯ 根据实测水文资料， 对杭州湾开展了 维潮流泥沙验证 ， 结
果基本满意． 应用模 型计算 了杭州 湾大潮期 间涨 落潮 泥沙输运 过程 ， 通过平面 、 面的泥沙分布特 征 ， 功再现 立 成 了杭州湾潮流泥沙 的运动过程． 管模 拟精 度达 不到平 面二维 模型 的水平 ， 为三维潮流 泥沙模型在强潮 河 口 尽 但 湾的应用作 了重要 的探索 ， 通过进一步完善模型参数及分析 ， 型可 以应用 于涉水建筑 物对附近 三维 水沙影 响 模 的分 析评估 ， 可为强潮河 口湾开发 、 环境保护及生 态建设等 提供更加 丰富的研 究成果 ， 水 具有广阔的应用前景．
其 中 Ｐ Ｍ 应用 时 间最 长 、 围最 广 ， Ｏ 范 几乎 世界 上各 大海 域都 已应用 ｊ各 模 型都 有 自身 的特点 和 制 约 因素 ， ．
虽然 在 国 、 内外 不 少河 口海岸 水域 都取 得过 较好 的计算 精度 ， 但在 特定 海域 的应 用均需 很 长时 间来 探 索和调
许 多 陆架海 上也 得到 广泛应 用 ． ｈｎ 建 立 了一般 曲线 坐标 下 的三维 水 动力 学 模 型 （ Ｈ Ｄ） 该 模 型也 采 用 Ｓｅｇ Ｃ ３ ， Ｓ坐标 系 ， 平方 向的运 动采 用水 平流 速矢量 的逆变分 量来 表示 ． 兰 Ｄ ｌ 研究 所建 立 起来 Ｄ ｌ３ 水 荷 ｅｆ ｔ ｅ Ｄ也得 到 ｔ ｆ 了较广 泛应 用 ］ ． 目前 我 国河 口海 岸 三维 数值 模 拟 均采 用 国际 上应 用 广 泛 的三维 模 型 ， 主要 有 Ｐ Ｍ， Ｃ Ｍ， Ｖ Ｏ 等 ， Ｏ ＥＯ ＦＣＭ
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词： 杭州湾 ； 潮流泥沙； 三维模拟 ； Ｖ Ｏ ＦＣＭ 文 献标 志码 ： Ａ 文章 编号 ： ０ ９ ６ ０ ２ １ ）４ ０ ８ — １ １０ — ４ Ｘ（０ １ ０ — ０６ １
宁波舟山近海三维潮汐潮流数值模拟
宁波舟山近海三维潮汐潮流数值模拟熊伟;刘必劲;孙昭晨;梁书秀;张亦飞【摘要】利用FVCOM模型对宁波舟山近海的潮汐潮流进行了三维数值模拟,并对其水动力特性作了相应分析.FVCOM模型采用非结构化三角形网格,很好地解决了精确拟合宁波舟山群岛的复杂岸线的问题.基于计算区域内的海床性质,采用Koutitas公式对FVCOM模型的中海底摩阻系数的计算进行了改进.通过计算域内多个潮位站和海流站的实测资料验证表明,改进的摩阻系数计算公式是合理的,流场的计算结果与实测符合良好,可以用于三维污染物扩散和泥沙输移计算.%By means of FVCOM model,the tide and tidal currents in the seas adjacent to Ningbo and Zhoushan were simulated.Furthermore,the dynamic characteristics of tide were analyzed.The grid system of FVCOM model was unstructured triangle mesh,which solved the accurate fitting of complex of Ningbo and Zhoushan shoreline.Based on the property of seabed in the calculation zone, Koutitas formula was used to instead of the original calculation method of drag coefficient in paring the computed values with those tidal observatories, the improved formula proved to be reasonable and the two values are in good agreement.The computed model can be used for 3D pollutant concentration and sediment transport calculation.【期刊名称】《水道港口》【年(卷),期】2011(032)006【总页数】9页(P399-407)【关键词】摩阻系数;潮汐;潮流;数值模拟;FVCOM模型【作者】熊伟;刘必劲;孙昭晨;梁书秀;张亦飞【作者单位】大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,大连116023;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,大连116023;国家海洋局杭州海洋工程勘测设计研究中心,杭州310012;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,大连116023;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,大连116023;国家海洋局杭州海洋工程勘测设计研究中心,杭州310012【正文语种】中文【中图分类】P731.23;O242.1Biography：XIONG Wei（1988-），male，master student.宁波舟山及其近海水域岛屿密布，漕滩相间，深水航道众多，地形极其复杂。
杭州湾-长江口海域岸线变化对杭州湾潮汐特征的影响
杭州湾-长江口海域岸线变化对杭州湾潮汐特征的影响李莉;操进浪;贺治国;姚炎明【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》【年(卷),期】2018(052)008【摘要】基于非结构化网格有限体积海洋模型(FVCOM),建立杭州湾海域高分辨率三维水动力数值模型,模拟结果与观测数据吻合较好.采用1974年、2005年和2016年代表年份的岸线数据建立模型,研究杭州湾海域长时间、大区域的岸线变化对其水动力特征的影响.结果显示,1974-2016年,杭州湾M2分潮振幅增大的幅度从金山到尖山逐渐增加,M4分潮振幅在尖山附近增加最大;潮能通量在金山到澉浦之间减小最大;尖山断面和杭州湾口涨潮占优趋势增加,乍浦断面和金山断面之间涨潮占优趋势减弱.岸线缩窄通过影响浅化效应和底部耗散项,影响杭州湾分潮振幅、相位及潮汐不对称等潮汐特征.【总页数】11页(P1605-1615)【作者】李莉;操进浪;贺治国;姚炎明【作者单位】浙江大学海洋学院,浙江舟山316012;国家海洋局第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室,浙江杭州310058;浙江大学海洋学院,浙江舟山316012;浙江大学海洋学院,浙江舟山316012;国家海洋局第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室,浙江杭州310058;浙江大学海洋学院,浙江舟山316012;国家海洋局第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室,浙江杭州310058【正文语种】中文【中图分类】TV148【相关文献】1.长江口杭州湾及邻近海区潮汐潮流场三维数值模拟 [J], 杨陇慧;朱建荣;朱首贤2.近期长江口—杭州湾邻近海域沉积物粒径的时空变化及其影响因素 [J], 罗向欣;杨世伦;张文祥;张经3.2006年夏冬季长江口、杭州湾及邻近海域表层海水溶解态重金属的平面分布特征 [J], 孙维萍;潘建明;吕海燕;薛斌4.杭州湾围垦工程引起的岸线变化对水环境的影响分析 [J], 黄赛花;章琪宇;严军;方强5.杭州湾潮汐特征时空变化及原因分析 [J], 潘存鸿;郑君;陈刚;贺成奇;唐子文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
长江口水源地取水口盐度对径潮动力的响应
长江口水源地取水口盐度对径潮动力的响应丁磊;陈黎明;高祥宇;缴健;胡静【摘要】上海市饮用水的80％来自长江口三大水源地——陈行水库、青草沙水库和东风西沙水库.枯季盐水入侵一直是长江口水源地安全面临的最大威胁.作为河口区域的主要动力,有必要进一步研究径流和潮汐对长江口水源地盐水入侵的影响.通过建立长江口平面二维潮流盐度数学模型,对长江口盐水入侵进行模拟,分析了水源地取水口盐度过程与潮位过程的关系,探讨了北支盐水倒灌对水源地的影响.研究结果表明:三大水源地因位置不同,盐度过程线特征也不相同.水源地取水口盐度过程线与潮位过程线的关系可作为受北支倒灌盐水和正面入侵盐水影响程度的重要依据.北支盐水倒灌发生时,东风西沙水库、陈行水库、青草沙水库水源地分别在大潮、中潮及小潮时受倒灌盐水影响最为严重.随着径流增大,水源地受盐水入侵影响的时间会提前,但是盐度则随径流的增大而减弱.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2018(000)005【总页数】10页(P14-23)【关键词】盐水入侵;长江口;水源地;径流;潮汐;北支盐水倒灌【作者】丁磊;陈黎明;高祥宇;缴健;胡静【作者单位】南京水利科学研究院港口航道泥沙工程交通行业重点实验室, 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210029;南京水利科学研究院港口航道泥沙工程交通行业重点实验室, 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210029;南京水利科学研究院港口航道泥沙工程交通行业重点实验室,水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210029;南京水利科学研究院港口航道泥沙工程交通行业重点实验室, 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210029;南京市水利规划设计院股份有限公司, 江苏南京 210006【正文语种】中文【中图分类】P731.2;P343.5图1 长江口水源地位置Fig.1 Positions of water sources in Yangtze River estuary长江河口是我国最大的河口，上起徐六泾，在平面上呈三级分汊、四口入海的河势格局。
台风浪风暴潮作用下三维潮流数值模拟
台风浪风暴潮作用下三维潮流数值模拟朱志夏; 熊伟【期刊名称】《《哈尔滨工程大学学报》》【年(卷),期】2019(040)010【总页数】7页(P1675-1681)【关键词】波生流; 波流共同作用; 三重网格嵌套; 台风浪; 风暴潮; 三维潮流模型【作者】朱志夏; 熊伟【作者单位】中设设计集团股份有限公司江苏南京210014; 浙江贵仁信息科技股份有限公司浙江杭州310051【正文语种】中文【中图分类】U611台风引起的台风浪和风暴潮很容易造成近岸浅滩大量泥沙的起动，在短时间内能造成航道或港池的强淤和堤防、防波堤等港口航道与海岸及近海工程建筑物遭到严重损坏。
因此，工程海域台风浪、风暴潮以及泥沙输移、港口航道淤积等的数值模拟和预测是当前各国科研人员重点关注的研究热点。
由于河口海岸岸线曲折、工程边界复杂、水深变化大、水流结构复杂，为了更加准确地模拟台风浪风暴潮作用下的泥沙输移、海床演变、港池航道强淤，有必要进行台风浪风暴潮作用下三维潮流数值模拟技术的研究，并建立相应的数学模型，重点需要做好以下几个方面的研究。
台风风场气压场模拟方面：常用的有参数模型、中尺度大气模式(MM5)和中尺度大气模式(WRF)，其中，台风参数模型由于编程简单、使用方便被广泛应用，而MM5有被WRF替代的趋势。
杨洋[1]基于Jelesnianski2型风场模式、藤田气压模式导出风场模式，开发了台风风场气压场的参数模型，并将模拟结果与NCAR 资料的背景风场进行合成。
由于各个台风风场气压场个性化差异较大，朱志夏等[2]根据目前国内外最著名的台风参数模式，考虑背景风场的影响，开发了台风风场与气压场模拟系统V1.0。
包括 8个台风风场模型和相应的气压场模式，可以根据各个台风风场的特点，选择最合适的计算模式。
朱志夏([3]利用强台风“韦帕”(2007年13号台风)的资料及区域内风、浪、气压、水文等相关资料，应用中尺度大气模式MM5模拟了台风WIPHA的风场和气压场。
南水北调工程对长江口盐水入侵和淡水资源的影响
南水北调工程对长江口盐水入侵和淡水资源的影响作者：苏爱平吕行行吴宇帆来源：《华东师范大学学报（自然科学版）》2020年第03期摘要：南水北调工程为跨流域调水工程，其对于长江口淡水资源变迁的影响是当今研究热点之一，本文应用三维数学模型，研究南水北调东线和中线工程短期和远期调水方案对长江河口盐水入侵和淡水资源的影响，结果表明，在2月中下旬一个大小潮周期中，东风西沙水库、陈行水库和青草沙水库取水口盐度大于0.45的不宜取水时间分别为7.74、3.08和2.72d，同时，在东线和中线工程短期调水1000m3/s情况下，长江河口盐水入侵加剧，尤其在北港、北槽和南槽拦门沙区域及其北支上段盐度上升最为明显，出现了量值超过0.5的大面积区域，南支淡水区域减小，在2月中下旬一个大小潮周期中东风西沙水库、陈行水库和青草沙水库不宜取水的时间分别增长了1.43、2.14和2.13d，在东线和中线工程远期调水1600m3/s情况下，整个河口盐度的上升更为明显，在北港、北槽和南槽拦门沙出现了盐度超过1的大范围区域，小范围区域盐度超过了1.5.南水淡水范围进一步减小，在2月中下旬一个大小潮周期中东风西沙水库、陈行水库和青草沙水库不宜取水的时间分别增加了1.49、3.08和3.08d。
关键词：长江河口;南水北调工程：盐水入侵：淡水资源：数值模拟中图分类号：P731.2文献标志码：A DOI：10.3969/j issn，1000-5641.2019410310引言河口是淡水和咸水交汇的区域，盐水入侵是河口的普遍现象，盐水入侵能产生河口环流，影响层结㈦，进而影响泥沙输运，形成河口最大浑浊带，河口盐水入侵主要取决于潮汐和径流，但也受河势、风应力和垂向混合的影响，长江是我国第一大河，河口盐水入侵受潮汐、径流量、河势和风应力等动力因子的综合作用，时空变化复杂，存在北支盐水倒灌进入南支的独特现象，北支下段喇叭口形状和上段超浅的地形，导致巨大的潮差和极低的径流分流比，是北支盐水倒灌的动力成因，大潮涨潮期间从北支进入南支的盐水，在落潮期间向南支下游输运扩散，影响南支水源地，是南支水源地盐水入侵的主要来源。
【国家自然科学基金】_潮流数值模拟_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
2011年 科研热词 数值模拟 fvcom 渤海 垂直轴水轮机 风暴潮 非结构网格 非线性演变 非恒定流 钱塘江 调和分析 蕉门 能量利用率 纵向离散 离散系数 潮流能 潮流泥沙 潮流沉积 潮汐通道 潮汐潮流 潮汐 滩涂围垦 涌潮 波浪 河床演变 江苏近海 水沙运动 水动力计算 水动力要素响应 欧拉-拉格朗日方法 杭州湾 有限体积法 最大海侵时期 尾迹干扰 叶片载荷 叶片安装角 台风入侵 古渤海 取样 南黄海 内潮 内孤立波 三维水动力模型 三维模拟 sst湍流模型 matlab lagrangian gis fvcom数值模拟 推荐指数 4 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
科研热词 数值模拟 盐分 潮流 海冰 黄河口 高浓热盐水 非静力效应 非线性内波 长江口及邻近海域 长周期波 银洲湖水域 连云港港 输运过程 输移扩散 输沙能力 辐射沙脊群 辐射沙洲 调和分析 计算水力学 缓坡方程 粒径趋势分析 福山倒套 盐度分布 田湾核电站 环境水动力学数学模型 潮流过程 潮流作用 潮汐运动 潮汐汉道 温盐跃层 温盐分布 温排水 渗透法 海南新村港 流场变化 泥沙 波流联合作用 油膜漂移扩散 江苏省 水沙输运 水动力 椭圆余旋波 有限元法 最大可能潮差 斜对角笛卡尔方法 数学模型 数值模式 数值实验 推移质 抛泥 扩散输移 悬浮泥沙
潮汐水域油污染计算
Abstract : The o il pollution of w aste w ater conta in ing oil in t id al areas of the Chang jiang Estuary and H angzhou B ay is calcu lated by using the Princeton Ocean M ode l ( POM ), w hich is a three di m ensio na l mode.l T he o il concentration d is tributions in w inter and su mm er around the sew age outfall o f Zhonggang , X inhuo and Jin shan , located on th e north coast o f H angzhou Bay , are num erica lly si m u lated . C alcu lation resu lts show that the sem id iu rna l tida l w aves are on the dom inant position and the m a in com ponen t of tid al f ie ld is the M 2 tid e in the Chang jiang E stuary and H angzhou Bay; under the action o f the Chang jiang runo f, f the tides m ake a clockw ise w hirlpoo,l w hich is favo rable to conveying the po llu tants tow ards outsid e of H angzhou B ay . In the aspect o f convey in g the po llu tants, Zhonggang is superio r to th e others and X inhuo is better than Jin shan . Under the present calcu la tio n cond itions , selectin g the initial oil concentra tio n around the sew age outfa ll as 10mg /L is su itab le for atta in ing th e third class of th e natio na l w ater qua lity standard . K ey w ord s : o il po llution ; pollutant concentrat ion; convey in g trend ; POM m ode; l tid al areas
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文章编号:1000-5641(2001)03-0074-11长江口杭州湾及邻近海区潮汐潮流场三维数值模拟杨陇慧, 朱建荣, 朱首贤(华东师范大学河口海岸国家重点实验室,上海 200062)摘要:把长江河口、杭州湾及邻近海区作为整体,应用三维高分辨率非正交曲线网格河口海洋模式,模拟了4个主要分潮M 2,S 2,K 1,O 1。
在长江口外半日分潮M 2、S 2从东南方向传入长江口和杭州湾,全日分潮K 1,O 1从北向南传播。
这4个分潮的振幅在长江口南支向上游逐渐减小,但因杭州湾和长江口北支呈喇叭状,而向上游逐渐增加。
计算潮差变化过程和实测值基本一致,4个分潮潮位振幅和位相的计算值与验潮站观测值相比,误差大部分在10%以内。
结合1996年2—3月长江河口现场观测,考虑了径流的作用,三维数值模拟了计算域内流场。
结果表明,即使在斜压效应不太明显的口门内,流速在垂直方向存在着明显的差异,上层流速明显大于下层流速;潮流具有不对称性,由于径流的作用,落潮时间明显大于涨潮时间,落潮流大于涨潮流,但在象北支涨潮槽中,涨潮流反而比落潮流大。
模拟出的以上结论与观测结论较为一致。
关键词:长江河口; 杭州湾; 潮汐潮流; 三维数值模拟中图分类号:P736.211 文献标识码:A0 引 言长江是我国第一大河,河口地形复杂,三级分汊四口入海(南支和北支,南槽和北槽,南港和北港),口门附近存在水下沙坝(图1)。
长江河口的动力过程也十分复杂,影响因子有径流、潮流、波浪、密度流等,其中潮汐潮流在这个系统中起着重要作用[1～4]。
长江河口是中等强度的潮汐河口,口外是正规半日潮,口内是非正规半日潮。
南支的潮差范围从口门到上游逐渐减小。
口门附近的中浚测站的多年平均潮差为2.66米,最大值是4.62米。
黄浦江附近的吴淞站潮差是2.21米。
由于北支的河槽呈喇叭状,所以其潮差大于南支,并且由口门向上游逐渐增大。
潮流在口门内作往复运动,在口门外为旋转流。
通常,由于长江河口径流作用,落潮流速度大于涨潮流的速度。
长江口门外潮波传播方向大约为305度。
杭州湾因为喇叭形,属于强潮差海湾[5,6]。
以往对长江河口、杭州湾的数值研究在计算区域的确定上大都是分开的,模式较为简单,如垂向平均的二维模型,网格大都为锯齿状矩形网格。
我们知道,长江口紧邻杭州湾,物 收稿日期:2000-10 基金项目:国家自然科学基金项目(49876002)、上海市曙光计划项目(99SG 12)、上海市青年科技启明星计划项目(99QMH1404)、国家自然科学基金重点项目(49736220) 作者简介:杨陇慧(1975-),女,硕士研究生. 第3期2001年9月华东师范大学学报(自然科学版)Journal of East China N ormal University (Natural Science )N o.3 Sep.2001图1 长江河口、杭州湾及邻近海区水深图(实心圆点为1996年2-3月观测点,实心菱形为潮位站)Fig.1 The bathmetry of the Changjiang estuary ,Hangzhou bay and their adjacent sea(The filled circles are the sites of field measurement ,the filled diam onds are the gauging stations )质交换频繁,若分开计算,边界条件很难给出,也将影响计算域内计算结果。
在长江口拦门沙区域,存在着盐水楔现象,斜压效应明显,表层流因径流作用向海,底层流因密度分布不匀引起的压强梯度力作用而向陆,流速、流向垂向变化明显不同,这要求采用三维模式;长江河口、杭州湾岸线和底形复杂,对动力过程具有直接的强迫作用,这需要高分辨率曲线网格来拟合岸界;长江河口、杭州湾受多种动力因子作用,其相互作用是非线性的,又咸淡水混合产生的斜压效应明显,这要求采用非线性和斜压模式;因河口浅水和潮流作用,河口存在着强烈的混合作用,垂向湍流涡动粘滞和扩散系数是随时间和空间变化,这要求模式采用湍流闭合模型。
以往垂向平均二维模式不能重构流场、盐度和温度等的垂向变化,也完全忽略了垂向混合过程。
基于以上理由,我们建立了一个三维的、高分辨率曲线网格的、非线性的、斜压的、原始方程湍流闭合的长江口、杭州湾和邻近海区河口海洋数值模式,研究此区域的动力过程。
本文给出长江口、杭州湾和邻近海区的潮汐潮流模拟结果,并做动力分析。
1 三维数值模式因长江河口、杭州湾岸线和底形十分复杂,为更好地模拟和预报河口和海岸动力过程,模式网格线恰当地拟合岸线和航道显得十分重要。
Chen 等[8]和Zhu 等[9]基于Blumberg 和Mellor 的三维海洋环流模式[7],发展了一个非正交坐标变换模式[8,9]。
这个模式耦合了Mellor 和Y a 2mada 的2.5阶湍流闭合模型,以提供随时间和空间变化的垂向湍流混合参数。
我们在Chen 等发展的模式的基础上,建立了一个长江口、杭州湾及邻近海区三维高分辨率非正交曲线网格湍流闭合数值模式(限于篇幅,不再给出原始方程组,初始和边界条件方程),研究此区域动力过57第3期杨陇慧,等:长江口杭州湾及邻近海区潮汐潮流场三维数值模拟程。
图2为计算区域和曲线网格,北支上游的分辨率大约为300m,长江口附近为2-3km,南边界和东边界附近为5-6km。
垂向方向采用σ坐标系,使水浅处能享有和水深处相同的分辨率。
垂向分11层,垂向分辨率在长江口附近大约是1m,东南水深最深处大约为8m。
模式时间步长取为180s。
图2 计算区域和网格Fig.2 The m odel domain and grids2 模拟结果和分析本文对4个主要分潮M2,S2,K1,O1作数值模拟。
边界条件由4个分潮的调和常数振幅和位相合成给出。
由静止开始,积分7天,流场稳定以后,继续积分一个月,用最小二乘法作潮汐潮流调和分析,输出结果进行分析。
我们整理和分析了长江口和杭州湾27个验潮站的数据,这里仅给出三条港、杨林站和中浚站潮位计算值与观测值的比较(图3)。
在长达半个月的计算中,模式均较好地体现了潮位的变化过程。
从模拟的4个分潮的等振幅线和同潮时线分布看出(图略),长江口的潮波深受东海前进潮波系统的影响,半日分潮M2、S2在口门外从东南向西北传播,全日分潮K1、O1从北向南传播。
它们在向西的传播中受到长江口内和杭州湾内的海岸限制,而沿岸向西传播。
进入口门后由于河槽的约束,传播方向基本上与河槽轴线一致。
潮波进入长江口后,受科氏力的作用,潮汐振幅是垂直与潮波传播方向上向右递增,潮差北岸大于南岸,向上游逐渐减小;杭州湾由于喇叭形,其潮振幅向西增大。
在四个主要分潮中,M2最大,S2次之,K1次小,O1最小。
表1为M2分潮振幅和位相计算值与观测值比较,误差大多数10%以内。
沈家门、龙山的误差比较大,因为它们附近水道较深,又有一些小岛屿,而我们的网格无法体现这些变化。
高桥站位的误差也大,原因是站位凹进在岸线内。
在长江口外主要为旋转流,进入长江口门后转变为往复流;杭州湾基本上是往复流。
长江口外M2、S2椭圆要素的长轴方向大致是西北-东南,K1、O1的长轴方向大致是西南-东北,但在口内四个分潮方向与河轴平行(图略)。
M2,S2,K1,O1潮流椭圆长短轴的分布在垂直方向上都自表层向底层减67华东师范大学学报(自然科学版)2001年小,表层的旋转性比底层强,底层往复性强,这主要由底摩擦作用造成的。
图3 1996年2月15日-3月1日计算水位值(虚线)与观测值(实线)比较(a:三条港;b:杨林站;c:中浚站)Fig.3 C om paris on of the calculated results with observed data15,Feb,1996to1,Mar,1996.The dashed line is the calculated results,the s olid line is observed data(a:Santiao station;b:Y anglin station;c:Zhongjun station)在长江口潮位的模拟值在小潮时段与实测值存在偏差,因为模型中还未考虑密度流,风生流,潮滩等影响因子。
长江口外的潮差的大小主要有天文因素控制,而口内的潮差除受天文因素制约外,还受到上游径流和河段地形等影响,小潮时其他因子的影响比大中潮时大;并且模型只考虑了M2,S2,K1,O1四个分潮,没有考虑浅水分潮,但实际上潮波进入长江河口后,因水深变浅及径流作用的加大,逐渐发生变形,浅水分潮明显增大。
1996年2月曾对长江河口进行过多船同步观测,本文针对此次观测,考虑径流量和潮汐潮流作用,模拟三维流场的分布。
限于篇幅,本文选取在空间分布上具有代表性的4个测站,北支1C、南支上游2、北港3B、南港4B(见图1)。
图4、5、6、7分别为测站1C、2、3B、4B上、下层流速、流向计算值与观测值的比较。
因底摩擦的作用,流速在垂直方向存在着明显的差异,上层流速明显大于下层流速,处于南北港的测站4B、3B尤为明显。
测站4B上层的最大流速为110cm/s,下层的最大流速仅60cm/s。
潮流具有不对称性,由于径流的作用,落潮时间明显大于涨潮时间。
测站4B、3B落潮时间一般为7小时,涨潮时间为5小时。
落潮流历时与涨潮流历时的差值由口门向里增大。
处于南支的测站2落潮时间一般为8小时,涨潮时间为4小时。
长江口落潮流一般大于涨潮流,但在象北支涨潮槽中,涨潮流反而比落潮流大。
流场的以上空77第3期杨陇慧,等:长江口杭州湾及邻近海区潮汐潮流场三维数值模拟间分布、时间变化与实测结果基本一致。
图4 1996年3月11日11时至14日8时测站1C (水深5.78m )流速流向计算值(虚线)与实测值(实线)比较(a :上层1.156m 流速;b :下层4.624m 流速;c :上层1.156m 流向;d :下层4.624m 流向)Fig.4 C om paris on of calculated results and observed data at station 1C (5.78m )from 11,Mar ,1996to 14,Mar ,1996.The dashed line is the calculated results ,the s olid line is observed data(a :current speed at upper layer b :current speed at lower layer c :current direction at upper layer d :current direction at lower layer )87华东师范大学学报(自然科学版)2001年图5 1996年3月5日16时至13日16时测站2(水深18.94m)流速流向计算值(虚线)与实测值(实线)比较(a:上层1.894m流速;b:下层17.046m流速;c:上层1.894m流向;d:下层17.046m流向) Fig.5 C om paris on of calculated results and observed data at station2(18.94m)from5,Mar, 1996to13,Mar,1996.The dashed line is the calculated results,the s olid line is observed data (a:current speed at upper layer b:current speed at lower layerc:current direction at upper layer d:current direction at lower layer)97第3期杨陇慧,等:长江口杭州湾及邻近海区潮汐潮流场三维数值模拟图6 1996年3月9日8时至12日8时测站3B (水深11.5m )流速流向计算值(虚线)与实测值(实线)比较(a :上层1.15m 流速;b :下层10.35m 流速;c :上层1.15m 流向;d :下层10.35m 流向)Fig.6 C om paris on of calculated results and observed data at station 3B (11.5m )from 9,Mar ,1996to 12,Mar ,1996.The dashed line is the calculated results ,the s olid line is observed data(a :current speed at upper layer b :current speed at lower layer c :current direction at upper layer d :current direction at lower layer )8华东师范大学学报(自然科学版)2001年图7 1996年3月11日10时至13日8时测站4B (水深10.37m )流速流向计算值(虚线)与实测值(实线)比较(a :上层1.037m 流速;b :下层9.333m 流速;c :上层1.037m 流向;d :下层9.333m 流向)Fig.7 C om paris on of calculated results and observed data at station 4B (10.37m )from 11,Mar ,1996to 13,Mar ,1996.The dashed line is the calculated results ,the s olid line is observed data(a :current speed at upper layer b :current speed at lower layer c :current direction at upper layer d :current direction at lower layer )3 结果和讨论运用已建立的三维、高分辨率曲线网格湍流闭合的河口海洋数值模式,把长江河口、杭州湾和邻近海区作为整体,模拟了该区域M 2,S 2,K 1,O 1四个主要分潮及1996年2-3月观测期间18第3期杨陇慧,等:长江口杭州湾及邻近海区潮汐潮流场三维数值模拟流场。