三十年伶仃洋地形演变及其动力变化与潮波传播特性

摘要

三十年来伶仃洋地形在自然条件和人类活动双重影响下不断地演变，而地形改变又影响了水动力特性。伶仃洋沿岸区域是重要的人类生活和经济发展的区域，对伶仃洋的地形演变规律及其环境效应的研究有重要的科学意义和现实意义。因此，本文通过处理1974年、1989年、1999年和2006年海图数据，定量并全面分析了伶仃洋的岸线和水下地形在三十多年来的演变规律。通过二维水动力、泥沙数值模型CCOST-2D对四个年份洪季从大潮到小潮的数值模拟结果，并结合流体力学、地貌动力学等多学科知识，分析和研究了三十年地形和动力边界不同引起的流场、射流动力和潮量的变化。
　　 伶仃洋潮波传播过程中会发生潮波变形，为研究其变形过程和传播特性，本论文通过珠江三角洲整体模型的计算结果，以深槽水面线作为潮波形态研究其特点。研究结果表明，由于伶仃洋从外海至湾顶过水面积指数衰减形成的沿程流量差，涨潮时会出现水位梯度作逆压驱动的水位上涨现象，同时潮波发生变形，波峰水位并不是最高水位。
　　 通过海图数据的后处理计算，三十年来伶仃洋在不断萎缩，表现在水域面积、水体容积和过水面积的减少，沿程过水面积的辐聚程度也是不断减弱的。与围垦活动的示意图的比较中发现，围垦活动的强弱决定着水域面积的减小幅度。通过对伶仃洋各水深面积和水体容积演变规律的综合分析，5M以深深槽面积对水体容积的演变起着最重要的作用，其次是2M以浅的浅滩面积。通过各水深面积的分析，2M以浅浅滩面积在不断向外扩展，5M以深面积则在浅滩面积的扩张下不断萎缩。总的来说，淤积是伶仃洋自然演变过程中不可避免的趋势。结合人类活动，10M以深深槽面积多是人工挖沙和航道疏浚造成其面积增加。
　　 通过对四个年份洪季从大潮到小潮的水动力数值模拟，研究了地形和动力边界改变引起的伶仃洋动力特性的变化。围垦活动延长了伶仃洋的入海水道，改变了入海口附近的流场，使涨潮流更多地涨向西槽。通过对深槽沿程最大流速动力的分析，虎门涨、落潮射流动力区的最大流速动力在不断减弱，川鼻深槽区的涨急流速的局部高值有北移的趋势。蕉门与大虎涨潮水位相对高低的变化影响着凫洲水道的潮流和涨急流速局部高值的位置。1999年和2008年涨潮时蕉门水位高于大虎，蕉门至大虎的正向水位梯度压力致使凫洲水道呈现落潮流以及涨急流速局部高值北移。虎门峡口附近地形和动力条件的变化也引起了射流方向的变化。射流以1978年的射流方向为起点东西两侧摆动后在2008年返回原来的角度。随着伶仃洋过水面积的不断减小和水深的总体淤浅，其涨、落潮量和纳潮量也在不断减小，这说明河口湾内与外海的物质交换能力也在减弱。通过对径潮比从大潮到小潮的变化过程分析，潮流相对径流最强不是在大潮，而是从中潮到小潮期间，反映径流大小的净泄量也有相同的规律。
　　 总的来说，伴随着伶仃洋的不断萎缩和淤浅，其射流动力和纳潮量都在不断减小。射流动力和射流方向的变化影响着川鼻深槽向外输沙的能力和方向。纳潮量的减小削弱了伶仃洋的潮流输沙能力，加速伶仃洋的淤积。伶仃洋的地形演变改变着动力，而动力条件的变化同样也会影响着地形的演变。因此，理清两者的具体作用机制对研究伶仃洋的演变将有很大的帮助。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题提出及研究意义

1.2伶仃洋概况

1.3伶仃洋研究进展

1.4国内外潮波传播研究进展

1.5研究方法

1.6基础资料

第二章珠江三角洲整体模型下的潮波传播特性研究

2.1珠江三角洲整体模型

2.2伶仃洋潮波传播特性

2.3伶仃洋逆压涨潮与沿程高潮水位递增

2.4本章小结

第三章三十年地形演变分析

3.1结合水域面积分析岸线变化

3.2水深等值线变化

3.3水体容积

3.4过水面积

3.5本章小结

第四章三十年动力特性变化研究

4.1伶仃洋区域模型介绍

4.2流速动力

4.3蕉门和大虎的潮位相对高低及其与虎门动力的关系

4.4涨、落潮量与径潮比

4.5纳潮量

4.6本章小结

结论

参考文献

附录A CCOST模型简介

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢