闽江河口三维潮流数值模拟及特性分析
闽浙沿岸上升流的数值模拟
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另外在 28°20′ N 和 26°N 附近也有较强的上升流存在。在远岸处闽浙一带均有上升流存 在， 浙江附近海域上升流速较弱为 1×10-4cm/s， 福建附近海域上升流速较强为 5×10-4cm/s。 并且上升流的范围与台湾暖流的走向相似，这是台湾暖流爬坡的结果。此外，在台湾岛 附近海域存在着诸多上升流区，其中东北方彭佳屿附近海域有较强的上升流。30m 层水 浅处上升流减弱消失 , 远海岸及台湾岛附近海域上升流强度都有所增强 （图略） 。由图 c、 d 可知，海坛岛附近近岸底坡区为一较强的上升流区，中心强度在 30m 达到最大，其外 侧底坡区为下沉流区。30°N, 123°E 附近处存在一上升流区，中心强度在 50m 达到最大， 近岸底坡区为一较弱的下沉流区。上升流区与下沉流区交替出现。为清楚起见，本文在 平流图中只标明上升流区。 水文结构的模拟 温、盐、密度场的平面分布 由模拟得到的夏季稳定的流场，再迭加进初始盐度场和温度场，积分两个月，讨论 盐度场、温度场和密度场的变化 （见图 2） 。由图可知，闽浙沿岸海域表层温度场沿岸有 两个低温中心，分别位于 25°30′ ~ 26°30′ N 之间，以及舟山岛附近。另外，在台湾东北 方彭佳屿附近海域也是一片低温区，且温度梯度较强。表层盐度场有两个高盐中心，分 别位于海坛岛 （25°20′ N，120°E） 、三沙湾 26°40′ N，120°15′ E 附近。另外，在 （27°~ 28° N） 之间，也是一片高盐区。表层的密度场 ( 图略 )，在 （25°~27°N） 之间是高密中心，在 长江口附近海域密度较低，而台湾以东外海黑潮流入区密度很高。综上所述，沿岸的低 温、高盐、高密度区与计算得出的三个较强的上升中心基本一致。沿岸上升流区的模拟 结果较好。 温、盐、密度场的断面分布 闽浙沿岸海域的水团在夏季大致有三个：闽浙沿岸水团、台湾暖流上层水团和台湾 暖流深层水团。闽浙沿岸水团主要是由高温低盐的沿岸冲淡水组成；台湾暖流上层水团 主要来自高温高盐的台湾海峡水；台湾暖流深层水团则主要来源于台湾以东的黑潮次表 层水，其性质是低温高盐。以下分别以 26°30′ N 及 28°N 两个纬向断面的温度、盐度的 断面分布 （见图 3）来阐述上升流的存在。从温度断面分布图来看，近岸海区海水温度较 远岸低，海水分层现象明显 , 在近表层有一温跃层 , 形成上升流锋, 它主要是在上层海水 辐散, 台湾暖流深层水向岸涌升情况下形成的，其锋面倾斜方向与斜坡倾斜方向基本一 致。从盐度的断面分布图来看，近岸海区海水盐度较高，远岸海区海水盐度较低。海水 在近岸存在明显的沿岸锋，它是高温、低盐的闽浙沿岸水团与高温、高盐的台湾暖流上 层水团之间的界面，两水团以侧向混合为主。锋面的倾斜方向与斜坡倾斜方向相反。此 外，还可以看出，底层的高盐水有明显的向岸爬升的趋势。 从本文对闽浙沿岸水文结构的模拟来看， 所得结论与观测结果基本相符。 不论从温、 盐、密度场的平面分布，还是从其断面分布来看，都可以得出闽浙沿岸存在较强的上升 流区，且上升中心的位置与模拟的结果基本一致。
闽江口海岸线40年变迁遥感监测与分析
海岸线 是 陆地 与海 洋 的分界 线 ，主要 是 指 多年 大 潮 平均 高 潮 位 时 的海 与 陆 的分 界 线 ［ 】 ］ 。
由于 河 口淤积 、气候 变 暖导 致海 平 面上 升等 自然 条件 的变化 ，以及人 工 围垦 、填海 造 地 、海
洋 工 程等人 类 活动 的影 响 ，导致 海岸 线在 不 断地 发生着 变化 。因此 ，快速 而 又准确 的测 定海 岸 线 的动 态变 化 ，对 于海岸 线 与海岸 保 护及利 用 、海域 使用 、海 洋执 法 等活 动具有 十分 重要
收 稿 日期 ：２ ０ １ ４ — １ ０ — ２ ９ 作 者 简 介 ：郑 旭 霞 （ １ ９ ７ ７ 一 ） ，女 ，工 程 师 ，从 事 遥 感 综 合 研 究 与 应 用 。
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福
建
地
质
Ｇｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｆ ｕ ｊ ｉ ａ ｎ
第
３ ４ 卷
其 中较 大的有 罗源 湾 、定海 湾 、马尾港 、漳 港湾 、福 清湾 和兴 化湾 ，而沿 海 岛屿更 是 星罗棋
第
１ 期
福
建
地
质
Hale Waihona Puke Ｇｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｆ ｕ ｊ ｉ ａ ｎ
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闽江 口海 岸 线 ４ Ｏ年 变 迁 遥 感 监 测 与分 析
郑 旭 霞
（ 福 建 省 地 质测 绘 院 ，福 州 ，３ ５ ０ ０ １ １ ）
摘 要
运用 Ｒ Ｓ 、ＧＩ Ｓ技 术 ， 以 １ ９ ８ ６ ，１ ９ ９ ４ ，２ ０ ０ ２ ，２ ０ １ ０年 ４ 个 不同时相遥感影像和 ｌ ９ ７ ０
年 比 例 尺 １：１ ０ ０ ０ ０地 形 图 为数 据 源 ，采 用 平 均 高 潮 线 法 提 取 闽 江 口 ５个 时 段 的 海 岸 线 ，并 对 各
闽江河口地区河道演变及其影响因素分析
文章编号:100223682(2004)0120013208闽江河口地区河道演变及其影响因素分析周建军,陈 刚,胡 成,陈华丽(中国地质大学环境学院,湖北武汉430074)摘要:比之传统的调查方法,利用遥感技术进行岸线解译具有范围大、多时段、省时、省力以及快速等优点。
根据多时相TM 遥感数据,对闽江河口地区岸线进行解译,结合20世纪60年代地形图和2001年海图,分析了河口地区河道演变情况。
对河流岸线和浅滩变化进行对比分析,发现闽江口南部水道多呈淤积状态,北边水道则为弱侵蚀型岸线;南部水下浅滩有新发育,原有的浅滩面积有很大的扩展,北边水道变化较小;文章最后对河道演变的影响因素进行了初步的探讨。
关键词:闽江;遥感;河道演变;影响因素中图分类号:TV 148 文献标识码:A 闽江是福建省最大的河流,闽江河口为山溪性强潮河口,水动力条件复杂,水下地形变化多样,泥沙堆积作用强烈,汊道甚多,径流经梅花水道、川石水道、乌渚水道和熨图1 闽江口形势图斗水道入海,水流悬沙含量很高,浅滩发育,对福州泄洪、排涝、以及福州的经济建设和规划以及福州港的通航等带来很大不利影响,因此,对闽江口进行开发整治研究势在必行。
近年来一些学者结合闽江航道整治工程,对闽江河口的沉积地貌特征、水文泥沙特征与拦门沙成因、盐淡水混合以及闽江口沉积结构与沉积作用[1]等进行了研究,但很少研究闽江口的岸线变迁。
由于海岸线变化速度快,难以用传统、常规的调查方法对其进行及时、充分的监测与研究。
应用多时相、多精度的卫星遥感数据监收稿日期:2003209226基金项目:国土资源部科学基金项目——福建沿海及重要经济区生态环境地质调查([2003]07204)作者简介:周建军(19772),女,硕士研究生,主要从事环境地质及其遥感应用研究。
(责任编辑:杜素兰)第23卷第1期海 岸 工 程2004年3月测海岸线的变化已有许多成功的先例[2～4],本文利用1986年和2001年遥感图像并结合20世纪60年代地形图以及2001年海图研究了闽江口岸线变迁,为闽江口治理开发规划与工程实施、滩涂资源合理开发、航道开发与治理等提供新的科学依据。
基于FVCOM的泉州湾海域三维潮汐与潮流数值模拟
基于FVCOM的泉州湾海域三维潮汐与潮流数值模拟林作梁;朱学明;鲍献文;刘钦政【摘要】Based on a finite-volume coastal ocean model (FVCOM) , adopting an unstructured triangle grid, a three-dimensional tide and tidal current numerical modeling with high resolution (26 m) is applied to Quanzhou Bay. The simulated results agree well with the observed data from two tide-gauges and three continuing current stations , and reproduce the distribution features of the tide and tidal currents in the Quanzhou Bay famously. The distributions of co-tidal charts and tidal ellipses on the surface layer for four major constituents (M2 , S2, K1 ,O1) are obtained. What's more, the distributions of the maximum probable tidal range and tidal currents velocity and tidal residual currents on the surface and bottom layers are obtained, too. By analyzing, the maximum tidal amplitude and phase-lag range for the four constituents are 219 cm and 19°,85 cm and 25°,26 cm and 12°,26 cm and 9°, respectively. The tidal wave is anti-clockwise standing wave in the east area of Shihu Port, but it is advancing wave in the west area of Shihu Port. The maximum probable tidal range increases from 8. 0 m at the mouth of the bay to 8.8 m inside of the bay. The type of tidal currents is regular semi-diurnal currents inside of the bay, and the maximum velocity of ebbing is larger than flooding. The velocity in the channel of Beiwujiao is stronger than any other area, and the maximum probable tidal-current velocity is 2. 4 m/s on the surface layer. The flow is rotating with anti-clockwise mainly at the mouth of thebay, while rectilinear flow is mainly inside of the bay, such as estuaries and channels. And the directions of major axes are along with channels direction mainly, or paralleling with isobaths and coastlines. The maximum tidal current velocities for the four major constituents are 1. 4 m/s,0. 58m/s, 0. 12 m/s,0. 10 m/s on the surface layer, respectively. Tidal residual currents velocity is closely related to tidal currents, the maximum velocities on the surface layer, the middle layer and the bottom layer are 26 cm/s, 20 cm/ s, 16 cm/s, respectively. All of them are coming into the bay from north and going out of the bay from south.%基于FVCOM海洋数值模式,采用非结构的三角形网格和有限体积法,建立了泉州湾海域高分辨率(26 m)的三维潮汐、潮流数值模型.模拟结果同2个验潮站和3个连续测流站的观测资料符合良好,较好地反映了泉州湾内潮汐、潮流运动的变化状况和分布特征,给出了M2、S2、K1、O14个主要分潮的同潮图、表层潮流椭圆分布,以及模拟区域内最大可能潮差、表层最大可能潮流流速和潮余流分布.分析表明,4个分潮的最大潮汐振幅和迟角差分别为219 cm和19°,85 cm和25°,26 cm和12°,26 cm和9°；石湖港以东海域的潮波为逆时针旋转的驻波,以西海域为前进波；最大可能潮差由湾口的8.0m向湾内增加至8.8m.湾内潮流类型为规则半日潮流,落潮最大流速大于涨潮最大流速,北乌礁水道为强流区,表层最大可能潮流流速为2.4 m/s;湾口潮流运动以逆时针方向的旋转流形式为主,湾内的潮流运动以往复流形式为主,长轴走向主要沿着水道方向,与等深线和海岸线平行；四个分潮流表层最大流速分别为1.4 m/s,0.58m/s,0.12 m/s,0.10 m/s.余流流速大小与潮流强弱有密切的联系,表、中、底层最大余流流速分别为26 cm/s,20 cm/s,16 cm/s,三者在水平方向基本呈北进南出的分布形态.【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷),期】2013(035)001【总页数】10页(P15-24)【关键词】泉州湾;潮汐;潮流;FVCOM;潮余流【作者】林作梁;朱学明;鲍献文;刘钦政【作者单位】泉州市环境监测站,福建泉州362000;国家海洋环境预报中心国家海洋局海洋灾害预报技术研究重点实验室,北京100081;中国海洋大学海洋环境学院,山东青岛266100;国家海洋局海洋减灾中心,北京100194【正文语种】中文【中图分类】P731.231 引言泉州湾地处福建省东南沿海，台湾海峡西侧沿岸的中部，海域总面积211.24 km2，包括围垦面积45.70 k m2，滩涂面积84.84 k m2；海岸线总长229.61 km［1］。
闽江感潮河段潮汐-洪水相互作用数值模拟
互作用研 究相对较 少 。而本 文将 运 用高分 辨率 潮一 洪 水耦合模 型对 闽江 感潮河 段潮一 洪水 相互 作用进 行 数 值模拟 ， 并 分析其相互 作用 的机 制和南平 汇 合 ， 进入 闽江 干流 ， 流 经
福州 市区后经 马尾人海 ， 河长 ５ ４ １ ｋ ｍ。
发生 了 １ Ｏ余次 大 洪水 过程 ， 给 福 州沿 江 堤 坝造 成 巨
大 防洪压力 ， 同时 造成 大量 人 口受灾 ， 直 接 经济 损 失 惨重 。因此 ， 闽江洪水研 究及在感 潮河段 与海 潮相 互 作用一 直 以来都 是重要 的研究 内容 。
国内许 多学者 对闽江感 潮河段潮 、 洪 水 的研究 主 要集 中在 闽江 洪水预警 调 度及评 估［ １ ］ 、 河床 演变 规 律及整 治 ］ 、 洪 水 流 量 水 文 特 征［ ５ ］ ， 河 口潮 区 界
收稿 日期 ： ２ ０ １ ４ — ０ ８ — ０ ６ ； 修 订 日期 ： ２ ０ １ ５ — ０ ２ — ０ ４ 。
另外 ， 闽江沿江地形 和支流分布造成 了闽江源短
流急 ， 历史 上闽江感潮 河段洪水 主要是 由梅雨 型暴雨
基 金项 目 ： 海 洋公 益性 行 业 科研 专 项 经 费项 目（ ２ ０ ０ ９ ０ ５ １ ３ ） 。
２ ０ １ ５ ， ３ ７ （ ７ ） ： １ ５ —２ １ ， ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ２ ５ ３ — ４ １ ９ ３ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ７ ． ０ ０ ２
闽江 感 潮 河 段 潮 汐一 洪 水 相 互 作 用 数 值 模 拟
关键 词 ： 闽 江 感 潮 河段 ； ＡＤ Ｃ Ｉ Ｒ Ｃ二维模 型 ； 高分辨率 ； 洪一 潮 相互作用
闽江河口湿地不同植被带土壤全硅的含量及分布特征
邱思婷１，２， 米慧珊２，高 会２，翟水晶１，２，３，∗
１ 福建师范大学湿润亚热带生态地理过程教育部重点实验室， 福州 ３５０００７ ２ 福建师范大学地理科学学院， 福州 ３５０００７ ３ 福建师范大学地理研究所， 福州 ３５０００７
摘要：硅是湿地系统元素循环所关注的重要内容之一，土壤全硅的分布特征与湿地土壤－植物系统活跃程度密切相关。 于 ２０１６ 年 １—１２ 月，以闽江河口鳝鱼滩湿地为研究对象，通过野外原位采样及室内实验分析，对短叶茳芏、短叶茳芏与互花米草交错 带、互花米草 ３ 种植物类型湿地的土壤全硅含量和储量的变化特征进行观测。 结果表明：短叶茳芏、短叶茳芏与互花米草交错 带、互花米草湿地土壤全硅的年平均含量依次为 １９７．６７、２０１．２１、２１０．３３ ｍｇ ／ ｇ，表现为由陆向海方向逐渐增加的趋势；季节上均 呈现秋冬高于春夏的趋势；土壤全硅含量和储量均表现为上部土层（ ０—３０ｃｍ） 高于下部土层（ ３０—６０ｃｍ） 。 经统计分析发现， 湿地土壤全硅含量与有机质显著负相关（ Ｐ ＜ ０．０５） ，与含水率和 ｐＨ 有极显著正相关关系（ Ｐ ＜ ０．０１） 。 除短叶茳芏湿地外，其 余 ２ 种湿地土壤全硅含量与有效硅含量显著负相关（ Ｐ ＜ ０．０５） 。 研究闽江河口湿地不同植被带土壤全硅含量和储量及其分布 特征，旨在揭示湿地土壤全硅水平在不同类型湿地植被生长影响下的变化过程，为本研究区的硅素研究补充关键数据。 关键词：土壤全硅；分布特征；湿地；闽江河口
２２ 期
邱思婷 等：闽江河口湿地不同植被带土壤全硅的含量及分布特征
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０．０１） ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ Ｃ． ｍａｌａｃｃｅｎｓｉｓ ｍａｒｓｈ， ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｃ． ｍａｌａｃｃｅｎｓｉｓ⁃Ｓ． ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａ ｍａｒｓｈ ａｎｄ Ｓ． ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａ ｍａｒｓｈ （ Ｐ ＜ ０．０５） ． Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ ｗｅｔｌａｎｄ ｓｏｉｌｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｚｏｎｅｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｍｉｎ Ｒｉｖｅｒ Ｅｓｔｕａｒｙ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｉｎ ｔｏｔａｌ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｗｅｔｌａｎｄ ｗａｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｗｅｔｌａｎｄ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｋｅｙ ｄａｔａ ｆｏｒ ｓｉｌｉｃｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ．
瓯江河口潮流水动力场数值模拟
1. 研究背景
瓯江口位于浙江东南部、北纬 27˚~28˚、东经 119˚~121˚之间，是浙江第二大河流瓯江的入海口，也 是重要的沿海经济带(如图 1)。近年来，随着地区经济发展和航运业发展，研究瓯江口水动力条件和波流 特征对开展航运基础设施建设具有十分重要的意义，并取得了一些研究成果[1] [2] [3]。影响瓯江河口水 动力场的因素很多，主要包括：1) 河口区域的复杂地形。口门往上形成了灵昆岛、江心屿、七都岛等江 心洲，河道分汊呈藕节状。2) 潮汐条件和径流变化。受瓯江干流、楠溪江径流及潮流耦合叠加影响。3) 盐 度变化和风应力因素。受台风及咸水入侵作用，对泥沙絮凝淤积有一定影响。4) 人工建筑物对水动力场 的影响，沿江分布有众多码头、船厂、丁顺坝、桥梁等水工建筑物[4]。本文针对瓯江口复杂地形和强潮 条件，建立了瓯江口 3D、非恒定水动力模型，模型基于正交曲线网格，研究瓯江口在径流与潮汐共同作 用下的水动力学特点，并研究了不同潮汐和径流条件下水动力场分布。
International Journal of Mechanics Research 力学研究, 2020, 9(3), 115-122 Published Online September 2020 in Hans. /journal/ijm https:///10.12677/ijm.2020.93013
Received: Aug. 25th, 2020; accepted: Sep. 11th, 2020; published: Sep. 18th, 2020
Abstract
Considering the complex topography and strong tide conditions of Oujiang Estuary, the 3D, time-
闽江感潮河段潮汐-洪水相互作用数值模拟
闽江感潮河段潮汐-洪水相互作用数值模拟傅赐福;董剑希;刘秋兴;于福江【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷),期】2015(037)007【摘要】本文分析了闽江感潮河段洪水、潮汐特征,利用高精度GIS数据建立了基于非结构三角网的高分辨率洪—潮耦合模型,在闽江口重点区域的网格分辨率达到50～100m.选取竹岐断面作为径流边界并基于“2006.6.6”洪水过程设计了3组数值实验,模拟结果表明:相比于只考虑洪水或者潮汐,在耦合洪水和潮汐后,各代表站的模拟值与实测值更为吻合;在30年一遇洪水的作用下,闽江感潮河段各断面的原有潮汐特征都不同程度地被洪水信号所影响,其中,文山里和解放大桥站表现出明显的洪水特征,而峡南、白岩潭和琯头站则表现出洪、潮混合特征;从峡南到琯头对应河段在高潮时段流速减小而低潮时段则流速增大,说明该河段存在很明显的洪-潮相互作用.【总页数】7页(P15-21)【作者】傅赐福;董剑希;刘秋兴;于福江【作者单位】国家海洋环境预报中心,北京100081;国家海洋环境预报中心,北京100081;国家海洋局海洋灾害预报技术研究重点实验室,北京100081;国家海洋环境预报中心,北京100081;国家海洋环境预报中心,北京100081;国家海洋局海洋灾害预报技术研究重点实验室,北京100081【正文语种】中文【中图分类】P731.23【相关文献】1.感潮河段洪水位动力数值预报方法在闽江下游的应用 [J], 郭大源;彭吉辽2.闽江下游河道洪水运动的数值模拟 [J], 陈兴伟3.长江下游感潮河段大洪水和特大洪水的形成及趋势 [J], 芮孝芳4.潮汐河口动床洪水的数值模拟 [J], 黄赛花;孙志林;祝丽丽5.福州盆地内闽江洪水和潮汐作用的关系 [J], 余泽忠因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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闽江河口三维潮流数值模拟及特性分析夏泽宇;蔡辉;谭亚【摘要】基于FVCOM (Finite-Volume Coastal Ocean Model)模型,建立了闽江河口区域精细化的三维潮流数值模型.对模型的海底摩阻系数的选取进行讨论,得出Koutitas公式更为合理的结论.采用该模型对闽江口的潮汐、潮流特征进行分析,得出以下结论:闽江外海潮波自东南至西北向近岸区域传播,水道内潮流有明显的往复流性质;熨斗岛北部和东部区域,潮流多以旋转流为主;闽江北支水道以落潮流为主,河口区域三维流场在侧向支流影响区域分层不明显.%Based on the FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model) model,a detailed 3D tidal current numerical model of Minjiang Estuary area is established.The selection of subsea drag coefficient is discussed,and the conclusion of Koutitas formula is more reasonable.The tidal and tidal current characteristics of Minjiang Estuary are analyzed by using this model.It is concluded that:Minjiang tidal wave spreads from the southeast to the northwest to the estuary area,and the flow within the channel has obvious reciprocating flow characteristics.Tidal current mostly tend to rotating flow-based in north and east of the Yundou island.The north branch of the Minjiang river is dominated by falling tide,and the 3D flow field in estuary area is not obvious in the influence area of lateral tributaries.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】9页(P57-64,91)【关键词】FVCOM模型;潮流;闽江河口;摩阻系数【作者】夏泽宇;蔡辉;谭亚【作者单位】河海大学港口海岸与近海工程学院,江苏南京210098;河海大学港口海岸与近海工程学院,江苏南京210098;河海大学港口海岸与近海工程学院,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】U652.7闽江是福建省第一大江，全长559 km，是典型的山溪性河流，多年平均径流量达629亿m3，也是福建省最大的水系，流域面积60 992 km2。
闽江河口位于台湾海峡西北端，下游感潮河段在亭江附近受琅岐岛阻隔分为南支和北支；南支称为梅花水道，北支绕过琅岐岛北侧经英屿、琯头长门口称为长门水道；出长门又分成乌猪水道、熨头水道、川石水道和壶江水道，注入东海，形成了闽江五口入海的复杂河网。
闽江下游为强潮河口，潮汐为正规半日潮，潮波近似驻波。
针对闽江下游水动力特性分析的研究，目前已有不少学者进行了探讨。
潘伟然等[1]利用闽江口的实测潮位资料，分析闽江河口的水文特征和悬浮泥沙特征；郑金海等[2]利用闽江实测水文泥沙资料，分析闽江潮流泥沙特性；梁金焰等[3]利用非线性二维潮流模型对闽江口的潮流进行的分析；汤军健等[4]利用欧拉-拉格朗日差分方法模拟闽江潮流场。
随着计算机技术的不断发展，在河口地区潮流数值模拟的过程中，平面二维模型已得到较广泛运用，但二维潮流模型只能反映平面上水流的变化情况，而在闽江河口地区，一方面由于地形等因素导致河流的自然弯曲与分叉，复杂的分叉边界所带来的水动力结构往往非常复杂；另一方面，水工建筑物附近的水流三维运动特性十分明显。
因此，对该区域水流运动结构进行研究时，不仅仅需要有二维模型的基础，更需要三维模型的计算分析。
不少学者利用FVCOM对潮流进行数值模拟，均取得了理想的效果。
鲍献文等[5]利用FVCOM模型模拟了钦州湾的三维潮流，朱军政等[6]利用FVCOM模型模拟了象山港的三维潮流盐度。
本文拟采用非结构网格、有限体积的近岸、河口海洋模型FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model)对闽江口建立三维数值模式，比较不同海底摩阻系数对模拟精度的影响及其确定方法，并分析了闽江下游感潮河段的水动力特征。
FVCOM模型在垂直方向采用σ坐标系统，水平方向采用无结构化的三角形网格；在数值计算上采用有限体积法对控制方程进行离散。
这种方法综合了有限元和有限差分法的诸多优点，对于近岸、河口等具有复杂岸线的地形来说，在质量、动量、能量方面有更好的守恒性。
FVCOM模式还具有GOTM模块，采用干、湿节点判断法处理潮滩移动边界，以及三维内模和二维外模时间分离技术[7]。
考虑到闽江口地形特点及已有实测潮位资料的站点位置，本文所确定的模型经纬度范围东西向约为119°27′～119°48′E，南北向约为25°57′～26°14′N，闽江上游边界去到白岩潭水位站，计算区域见图1。
三角形单元网格数量为27 258个，三角形节点数量为14 310个，下游近岸敏感区域的网格最小分辨率约为20 m，垂直方向分为6层，外模时间步长为1 s，内外模时间步长比率为5，计算网格见图2。
本模型采用正压模式，整个海域内温度和盐度均取常数；根据河海大学在2014年6月对闽江河口的水文观测结果可知，大部分测站含盐度最大值均小于10.0‰，因此，模型选用盐度10.0‰、温度15°。
对于初始条件的处理，模型主要有“冷启动”和“热启动”两种方式，考虑到海洋动力过程调整迅速，本次模拟采用“冷启动”的方式，即水位初始值及所有三角形单元中心点的水平、垂向速度为0。
利用FVCOM模型开展潮波模拟有两种开边界条件可选，即采用调和常数或实时水位。
本文采用调和常数法，取M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1、Q1这8个分潮，上游边界根据白岩潭水位站同时期的潮位过程算出调和常数，外边界所选用分潮的调和常数来自于美国俄勒冈州立大学所建立的中国海区域潮汐潮流模型结果，该模型为全球反算法的一个区域模型，该算法是在最小二乘法的规则下，拟合TOPEXPoseidon and Jason沿轨迹平均数据和拉普拉斯潮汐方程获得的全球潮汐模拟结果[8]。
FVCOM模型中采用的默认海底摩阻系数计算表达式为：FVCOM模型可用的其它对数形式的海底摩阻计算公式[9]包括：Koutitas公式：Mead公式：研究中发现该区域的水动力场对海底摩阻系数很敏感，参数的设置对模拟的准确性有着很大的影响，因此最适公式的选取需要进行讨论。
在本次模拟中，对计算区域内泥沙底质采用的粒度分析，经研究确定Z0取0.006 m，计算的Cd值随水深情况分别在0.003～0.006、0.006～0.01和0.000 7～0.001 5范围内变化。
在模拟过程中，对计算区域进行了0.005、0.007、0.000 7共3种摩阻系数下水动力的计算，对P2测流站的计算结果与实测资料进行比较(图3)。
由图3可以看出，摩阻系数的选取对计算区域的潮流流速影响较大，当摩阻系数取0.000 7时，计算流速明显较实测数据偏大且有一定的偏移；当摩阻系数取0.005时，计算的潮位较实测值有一定的滞后现象，而当摩阻系数取0.007时，滞后现象并不明显，因此，针对该计算区域，本次模拟采用的是由Koutitas公式所计算的摩阻系数，取值0.007。
为了验证所建模型的模拟效果，本文采用的数据来自河海大学在2014年6月在闽江河口进行的水文观测以及2014年闽江口潮汐表。
同时对研究区域进行了15 d的水动力场计算，大约5 d后全场流态达到稳定。
计算每30 min输出一次验证观测站的潮位和流速。
本文对3个潮流测站连续观测的潮位资料进行对比验证，结果见图4。
对模拟值和实测值进行了定量分析，见表1，由于川石潮位站的验证资料来自2014年闽江口潮汐表，仅有高潮与低潮潮位，因此不进行定量分析。
3个测站的高低潮位相位误差均小于30 min，观测时段闽江河口的潮汐为正规半日潮，从计算域的潮差来看，琯头站的潮差最大，达到了4.2 m，T潮位站为3.9 m，川石潮位站3.7 m，而且琯头站高高潮和低高潮差值约为0.7 m，T潮位站的差值约为0.5 m，川石潮位站约为0.3 m。
笔者对4个测站连续观测的潮流资料进行了对比验证，具体观测时间为2014-06-14T10:00—06-15T15:00，模拟结果见图5。
由于流速的影响因素很多，所以模拟难度较大，根据测量人员解释，P3测站所处位置为水深突变区域，且测量过程中由于外界因素导致测量船舶锚位发生移动，实测位置与计划测量位置产生偏移，因此，导致P3测站的潮流模拟结果误差较大。
P2点的流速最大，峰值为1.5 ms，P3、P4站点流速偏小，闽江口潮流经过北支水道时，由于岛屿和岸线的约束，同时水深较大，因此水流流速较大；在流经南支水道和通过川石水道注入东海时，水道断面面积快速变大，同时水深变小，因此水流流速较小。
由资料分析可知，P1、P2、P3和P4测站的涨急时刻为14日21:00，落急时刻为14日15:00。
计算区域表层和底层的涨潮流场和落潮流场见图6。
闽江口的潮流运动不仅受外海潮波的影响，还在很大程度上受深槽和岸线的制约，因此造成了闽江口涨落潮流的不对称性，位于南支和北支水道内的涨落潮流流路比较一致、流向相反，基本与岸线平行，呈现明显的往复流性质，而在熨斗岛和川石岛北部和东部区域，由于水域开阔、水道复杂，涨落潮流多以旋转流为主。
大多数地区落潮流速大于涨潮流速，落潮持续时间小于涨潮持续时间。
从这两个时刻的流场结果来看，涨潮时，闽江外海潮波自东南至西北方向向福州近岸海域传播。
当潮波传至琅岐岛东侧时，受岛屿阻挡分叉，一部分直接进入闽江南支水道，朝西方向推进，但由于梅花区域淤积严重、水深较浅，潮流流速较低；另一部分又分为两股，一股进入川石水道，由于水道断面缩窄，因此流速增大，主流沿琅岐北岸深槽，途径长门进入闽江北支水道，朝西南方向推进，在亭江区域汇拢，继续朝西南方向向上游推进；另一股经熨斗岛等岛屿和岸线反射后，岛群周围产生许多环流，向东北方向传播，最后离开河口区域。