崇明东滩鸟类栖息地优化工程区海堤水闸外侧引水渠冲淤数值模拟

在河口水动力模式的基础上,耦合泥沙模块和底部冲淤方程,建立了崇明东滩鸟类保护区海堤外侧引水渠冲淤三维数值模式.模式上游闸门水通量由堰流公式计算,内侧水位由随塘河水动力模式计算,模式下游水位、盐度、泥沙浓度由长江河口大区域数值模式计算.利用2018年7月28—30日优化工程区水闸开闸冲淤前后实测引水渠底部高程进行验证,模式计算的高程与实测值吻合良好,表明模式能较好地模拟引水渠冲淤变化.冲淤计算结果表明,闸下引水渠在自然状态下,涵闸关闭60 d后基本淤平,闸口淤积量最大,淤积程度自闸口向外海逐渐减小.引水渠自然淤积2个月后,随塘河蓄水至3.0 m开闸放水,引水渠平均冲淤量为96 mm;随塘河蓄水至3.8 m开闸放水,引水渠平均冲淤量为133 mm;纳潮冲淤一天,引水渠平均冲淤量为625 mm.纳潮冲淤是最为有效的冲淤方式.研究成果可为崇明东滩国家级自然保护区生态修复工程区的保护与管理、引水渠冲淤方案提供科技指导.     

长江河口水位上升对流场和盐水入侵的影响

基于长江河口水动力和盐水入侵三维数值模式ECOM-si,通过数值模拟分析长江河口水位上升对径流、潮流和风生流的影响,以及在多种动力因子综合作用下对流场和盐水入侵的影响.数值实验结果表明,在长江河口水位上升30 cm的情况下,各河道横截面面积增大,向海的径流流速减小;潮流随水深增深略微增大;枯季北风作用产生的北港进、南港出的水平风生环流加强,在北支向陆的风生流有所加强.水位上升后,北支盐水入侵增强;南支中段盐度变化不明显;北港、北槽盐水入侵随水位增加变化最为显著,小潮期间盐度增大值大于1,大潮期间增幅有所降低,北港北汊受水深增加盐水入侵变化最为强烈;南槽口门处滩地由于水位增加,非线性效应减弱,盐度不同程度的降低.水位上升后南支水源地三个水库取水口盐度均有所上升,减少了可取水时间,不利于供水安全.     

西北太平洋环流和海温数值模拟

基于Ecom-si建立了一个西北太平洋海洋数值模式,综合考虑了侧边界通量、海表面风应力、热通量、蒸发和降水等因素,模拟并分析了西北太平洋环流和海温的基本特征.模式验证结果表明,模式计算的海温与日本2008年西北太平洋实测温度走航断面资料吻合良好.模式再现了低纬度海区表层自东向西流动的北赤道流、强西边界流黑潮、东海的台湾...     

物质输运方程中平流项数值格式的改进

在水平曲线坐标和垂向σ坐标的三维海洋模式下,欧拉 拉格朗日方法的插值如果在σ-面相邻网格之间进行,那么在水深变化剧烈处,由于σ-面相邻网格之间的垂向距离较大,插值依据会显得较不合理.所以把插值改在绝对坐标下进行.数值试验表明,改进后的欧拉-拉格朗日方法在水深变化剧烈处比改进前的数值耗散更小、精度更高和表现更合理.     

长江河口北支潮位与潮差的时空变化和机理

考虑长江河口径流、潮汐和风场共同作用,数值模拟和定量分析北支潮位和潮差时空变化和动力机制.北支月平均潮位呈现出从1月到7月逐渐增大,从8月到12月逐渐减小的变化趋势,主要决定于径流量产生的余水位.潮差具有季节变化,一年中出现两次极大值和两次极小值.两次极大值出现在3月(农历二月)和9月(农历八月),两次极小值出现在6月...     

夏季长江口外水下河谷西侧上升流产生的动力机制

通过对2000年8月长江口外现场观测和1997年夏季卫星遥感海表温图片分析, 得出长江口外水下河谷西侧存在着上升流现象. 三维数值模式计算结果分析表明, 该上升流是由斜压效应、正压效应、底Ekman效应和倾斜的地形相互作用产生的. 在水下河谷北侧(长江口南槽东边), 斜压效应是产生上升流的主要原因, 而在水下河谷南边(杭州湾口门中心东侧), 正压效应是产生上升流的主要原因. 河口口外海区上升流产生的动力机制与一般沿岸和陆架上升流产生的动力机制不同.     

中国主要入海河流冲淡水扩展特性联合数值模拟研究

本研究建立了一个涵盖渤、黄、东和南海的数值模型,综合考虑多种动力因子,模拟研究了中国主要入海河流的冲淡水扩展机制和扩展范围.数值实验结果表明,冲淡水对外海盐度的影响有着明显的地域差异.在渤海区域,虽然淡水汇入量较小,但由于该区域为半封闭海域且水深较浅,冲淡水不易往外部海域扩展,因此使该区域盐度常年低于32psu,表现为低盐状态.同样的,黄海由于自身半封闭的地形,外加上大量长江冲淡水的汇入,也处于低盐状态,盐度常年低于33psu.东海盐度变化主要取决于长江冲淡水扩展的范围,具有显著的季节性变化.北南海区域,在琼州海峡以东,珠江冲淡水控制着外海盐度的变化.由于珠江冲淡水离岸扩散较弱,故该低盐度区常年被50 m等深线所包裹.在琼州海峡以西,红河冲淡水控制着外海盐度变化.     

包括潮流作用的黄东海环流模式的开边界条件研究

海洋模式开边界条件在以余水位给出的情况下,难于保证整个计算区域内水量进出的平衡,而以流速(通量)给出的情况下,能严格保证计算区域内水量进出的平衡.要体现潮流在浅海陆架环流中的作用,海洋模式开边界条件需要以余流和潮流合成的形式给出.计算结果表明,开边界条件分别以潮流和潮位给出的情况下,计算域内的潮汐潮流是一致的,表明计算潮汐潮流模式开边界条件可以用潮流的形式替代一般的潮位形式.模式开边界条件可以同时给出潮流和余流来模拟计算域内的总流场.潮流对环流的作用主要在浅海,对深海区的作用不大.文中以长江口外海区为例,考虑潮流后作潮周期平均的环流与不考虑潮流情况下的环流存在明显差异,温度和盐度的垂向结构更符合实测资料.潮流对环流的作用体现在潮混合和潮致余流上,潮混合包括对环流的混合,也包括对温盐的混合,而温盐场的改变也引起流场的改变.因此浅海陆架环流的计算必须考虑潮流的作用.     

崇启大桥建成后流场变化及溢油的数值模拟

应用三维河口海岸海洋数值模式ECOM,加入油膜计算模块,研究长江河口北支崇启大桥建成前后水域流场的变化和主跨航道处溢油事故发生后油膜面积、厚度的变化和漂移轨迹.结果表明,大桥建成后对流场的影响主要在桥洞和桥墩处,其余地方随离桥距离的增加而减小.在主跨处,流速最大增大了约48 cm/s,桥墩处流速减小,而局部地形的改变也减小了南岸上游点的流速,并改变了靠近南岸点的流向.在东南风4 m/s情况下, 大潮落潮时油膜随落潮流向北支口下游漂移,面积扩大,厚度减小,至第6 h油膜已扩散至北支口门;涨潮时油膜随涨潮流沿北支北侧向上游漂移,至第6 h到达新春沙中段.此外,风向的变化对油膜漂移轨迹和污染程度影响十分明显.     

持续强北风天气下长江口盐水入侵对径流量的响应

2014年2月持续强北风下长江口发生了极端严重的盐水入侵事件,影响水源地取水安全.流域上游水库增加径流量是遏制严重盐水入侵的一种方法,本文应用UnFECOM (unstructured quadrilateral grid,finite-differencing,estuarine and coastal three-dimensional ocean numerical model)模式模拟和分析该次盐水入侵对增加不同径流量的响应.考虑实际径流量和风况,模式再现了该次极端严重盐水入侵事件.数值试验结果表明,随着径流量的增加,在2014年2月10—13日盐水入侵最严重时段北港上段的净水体输运仍然向陆,但量值随径流量增加趋于减小;北港上段的净分流比、净水通量和盐通量随着径流量增加而增加;在实际径流量试验中,北港上段分流比为–29%(负号表示净水通量向陆),净水通量为–2 300 m³/s,净盐通量为–68 t/s,表明受到持续强北风产生的向陆艾克曼输运作用,北港净水通量和盐通量向陆.当径流量增加3 000 m³/s时,北港净分流比和水通量接近零...