基于FVCOM的杭州湾及邻近海域潮汐动力学数值模拟和应用研究

摘要

杭州湾及其邻近海域潮汐动力学机制受潮流、径流、地形等多种因素影响，机制复杂，并存在很多典型的海洋学过程并且特征明显。另外受周围人类活动的影响，围海造地、人工促於等显著影响该海域的水动力和泥沙沉积状况。因而本文借助FVCOM模型系统，在前人研究的基础上改进重点研究区域的分辨率、岸线和地形，建立了杭州湾及其邻近海域潮汐动力学模式。探讨了杭州湾及邻近海域潮汐动力环境的潮流、潮能通量、潮能底边界层耗散的分布特征，以期为今后海洋环境保护、重大涉海工程规划建设等提供参考，为进一步的研究奠定基础。 基于上述模式，研究了舟山群岛海区潮流和岛屿、海岬相互作用产生的潮致涡旋的分布和特征。在涨潮和落潮的过程中，岛屿和海岬尾流区普遍存在流体分离现象并在部分区域产生了很多涡旋。其主要有两种形成机制：岛屿遮蔽和海岬遮蔽，岛屿遮蔽产生的涡旋出现在相对于潮流方向的岛屿后方，而海岬遮蔽产生的涡旋多出现在岛屿相对于潮流方向的侧方。潮流与岛屿、海岬相互作用产生的涡旋存续时间较短，且存在结构上的不稳定性，形状和位置随时间不断变化。舟山岛海区周围存在数量较多的潮致涡旋，楚山岛周边海域和嵊泗岛周边海域潮致涡旋分布相对稀疏。斜压条件下潮流与岛屿、海岬相互作用产生的涡旋的数量和分布并没有明显的改变，对部分涡旋的形状和强度有一定的影响。涡旋中心的上升、下降作用相对较为微弱，并且由于结构上的不稳定性，导致这种作用的时间短暂、位置多变，因而对于上下层水体交换的作用有限；而涡旋外侧的上升、下降作用较为强烈，且作用范围较大，所以其对上下层水体交换相对而言有较大的贡献；从海区整体的上下层水体交换来看，潮致涡旋的贡献占有一定的比重，对于舟山群岛的生态系统有重要的作用。 最后，我们基于上述模式，以南汇咀岸线变动为例，探讨了人类活动对于周边海域水动力环境变迁的累积效应，模式结果显示：南汇咀地区岸线外推对于杭州湾海区总的流量的变动有一定的影响，约为1%左右，对于经南汇咀至洋山断面的水体流量有5%以上的增加，对于其他水通道的流量有一定的流量重新分配的作用。南汇咀地区岸线外推对于南汇咀尖岬外侧海域有明显的流速减少作用，对于杭州湾北岸和南汇东滩外海有明显的流速增加作用，对于舟山群岛海区也有微弱的影响，对杭州湾的冲淤过程存在重要影响。与前人对之前岸线变动的研究结果对比显示：对于南汇咀外侧的流速减小区而言，南汇岸线持续外推使其范围不断扩大和流速不断减少。而对于长江口航道的南槽、九段沙区域流速由2005年岸线变化导致的涨潮期流速减少变化为航道整治工程之后的流速增大。人类活动导致的南汇岸线持续外推使其对于周边海域水动力环境的影响不断的产生变化，然而这种变化趋势与相关工程的具体规划和实际效果密切相关。局部地区岸线变动对水环境影响虽然主要集中在周边海域，然而这种岸线变动的持续累积，其效应会对更大范围的海域有一定的影响，尽管目前来看这种累积效应还较小，但其范围和影响强度不断增大的趋势提醒我们，在重大涉海工程规划和建设时应给予其更大的关注。

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第一章 引言

1.1研究的背景和意义

1.2杭州湾、舟山群岛海区的潮汐动力学研究现状

1.3本文的主要研究工作

第二章 研究方法与数据来源

2.1 FVCOM模式简介

2.2计算方法

2.3实测验证数据来源与介绍

第三章 模型设计与验证

3.1模式网格和参数设置

3.2边界条件与初始条件

3.3潮位验证

3.4潮流验证

第四章 杭州湾及其邻近海域的潮流、潮能通量和潮能耗散

4.1潮流特征

4.2潮能通量

4.3潮汐能量耗散

4.4小结

第五章 舟山群岛海域岛屿尾流区潮致涡旋的初步分析

5.1正压模式下的潮致涡旋

5.2斜压模式下的潮致涡旋

5.3潮致涡旋对于垂向水体交换及生态系统的影响

5.4小结

第六章 岸线变动对杭州湾及邻近海域水动力环境变迁的影响

6.1南汇咀岸线变动

6.2水动力变化分析

6.3.小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.2不足和展望

参考文献

致谢