北黄海北部海域潮余流的模拟研究
近70年胶州湾水动力变化的数值模拟研究
近70年胶州湾水动力变化的数值模拟研究陈金瑞;陈学恩【摘要】A three dimensional tide and tidal current system was established using unstructured triangular grids for Jiaozhou Bay,based on a Finite-Volume Coastal Ocean Model (FVCOM). With five different sets of coastlines and water depths in different decades,we compared the hydrodynamic changes of Jiaozhou Bay including tidal prism,tide and tidal currents as well as water exchange rate. The model results show that the tidal prism decreases gradually with the reducing of the water area of Jiaozhou Bay. To be more specif-ic,the tidal prism in 2008 reduces by 31. 5% compared with that in 1935,which is about 3. 9×108m3. The patterns of velocity fields in different decades are similar,however the velocity decreases. The multi-vortex pattern of the Eulerian residual currents remains with small changes of their positions and sizes. The stron-gest Eulerian residual current normally appears near Tuandao. The generaltrend of water exchange capaci-ty is decreasing. The averaged half-exchange time is 37. 0, 36. 7, 39. 2, 39. 7, 40. 8 d in 1935, 1966, 1986, 2000 and 2008,respectively%采用无结构三角形网格海洋模式FVCOM,基于胶州湾不同年代的岸线和水深地形条件,建立胶州湾及其邻近海域各年代的三维潮汐潮流数值模型,从数值模拟角度分析和比较胶州湾不同年代纳潮量、潮汐潮流、水交换率等水动力参数的变化.结果表明:随着胶州湾水域总面积不断缩小,纳潮量在逐渐减小,2008年全湾的纳潮量相对于1935年减少了31.5％,约合3.9×108 m3；海湾流场结构变化很小,流速呈减小趋势；胶州湾欧拉余流“团团转”的多涡结构基本保持不变,最大值都发生在团岛附近；海湾的水交换能力趋弱,对整个胶州湾水体的半交换时间进行海湾平均,不同年代5套岸线下海湾的水体半交换时间分别是37.0d,36.7d,39.2d,39.7d和40.8 d.【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷),期】2012(034)006【总页数】12页(P30-41)【关键词】胶州湾;岸线变化;潮汐潮流;纳潮量;水交换【作者】陈金瑞;陈学恩【作者单位】中国海洋大学海洋环境学院,山东青岛266100;福建省海洋预报台,福建福州350003;中国海洋大学海洋环境学院,山东青岛266100【正文语种】中文【中图分类】P731.21 引言随着我国经济的迅速发展，沿海城市均将目光转向海洋。
海测论坛▏中国北方四省市邻近海域深度基准面模型的构建
海测论坛▏中国北方四省市邻近海域深度基准面模型的构建一、引言深度基准面是水深成果的起算面，由相对于平均海面的垂直差距来确定其在垂直方向中的位置，该垂直差距的量值通常称为L值。
深度基准面是以长期验潮站为维持框架，再通过传递确定短期验潮站L 值实现了空间加密，最后通过水位改正而隐性体现于每个图载水深点处。
整体上而言，深度基准面是以离散站点的方式表达。
而海域水深成果间无缝拼接、陆海基准转换与统一、GNSS技术支持下的水位改正(无验潮模式)、航海动态水深保障等应用，则需要空间连续的深度基准面表达方式，即网格化的深度基准面模型。
交通运输部北海航海保障中心天津海事测绘中心负责山东、河北、天津、辽宁等四省市邻近海域的海图测绘与出版等工作，于2017年报请交通运输部海事局立项开始建设“渤海海域陆海垂直基准面的建立与统一转换工程”，构建深度基准面模型是其中的主要建设内容之一。
深度基准面模型的构建方法大致分为两种：⑴空间内插的方法，通常运用于狭长航道或沿岸较小海域，如赵建虎等提出了一种横断面线性内插法，由沿河13个验潮站构建了SaintJonh河深度基准面模型；俞成明等对多种内插方法进行了对比，最终选用克里金内插法，由23个验潮站构建了珠江口海域的深度基准面模型。
⑵以精密潮汐模型为基础、验潮站订正的方法，通常运用于潮汐变化复杂或范围较大的海域，如美国采用该方法构建了VDatum系统中的包含深度基准面在内的各潮汐基准面模型。
顾及到北方四省市邻近海域的潮汐复杂程度，本文采用第二种方法，拟构建高精度、高分辨率、与其出版海图相匹配、实用化的深度基准面模型。
二、采用的技术方法⒈基本方案渤海与黄海是世界上潮汐分布最复杂的典型海域之一，半日潮波与全日潮波都存在多个无潮点，深度基准面L值相应地呈现复杂的非线性分布，若采用空间内插法，则需要在沿岸及海上布设众多验潮站点才能精确描述该复杂的非线性分布。
因此，采用以精密潮汐模型为基础、验潮站订正的方法。
渤黄东海潮流长期物质输运研究.pdf
放的人工水母漂移路径 （图 *） 基本符合 ’ 琼港以外
图 * +,,, 年平均的潮致 $%&’%(&) 余流分布 （单位： %123& 4 ,）
（ "）余流方向； （?）余流大小
- 结论
考虑 ! ( ， " ( ， # . 和 $ . 四个分潮，利用 @AB 三维正压潮流模式，得到了渤黄东海 +C D +C 网格点 上潮汐及潮流的调和常数，并对表层质点族进行了
［./］ 程中左偏，在苏北形成强辐聚，与郭炳火等 所布
海域环流速度很小而潮流很强，人工水母需要一定 的启动流速才能运动，其路径更多地反映了潮流信 息，可作为潮致 !"#$"%#& 余流在该区域辐聚的一个 旁证 ’ 在黄海中部、东海南部、冲绳海槽潮余流较 小，小于 / ’ /0 %123& 4 , （ / ’ (5 61 4 7） （ ).89， ’ 余流在 附近最强，可达 / ’ 5* %123& 4 , （( ’ *) 61 4 7） (.+8:） ’ 余 流由黄海通过渤海海峡北侧进入渤海，在渤海形成 一个大的逆时针流环，同时在辽东湾存在一较小尺 度的逆时针流环 ’ 需特别指出，潮致余流对于渤海 向黄海 输 运 贡 献 几 乎 为 零 ’ 在 渤 海 湾 口 以 （ )089， 为中心存在一逆时 针 流 环 ’ 本 文 结 果 与 (.( ’+)8:） ［>］ ［(+］ 结果相比差异较大，但在 ;<2= 等 以及赵保仁等 朝鲜半岛一侧北上以及黄海的逆时针流环结构两者
8东海海域文献9余流之间应该有动力学关联就潮流输运而言质点聚集形成条带处应存在下沉运动而质点幅散处应存在上升运动余流场分布分别取每一个质点第的日平均位置作起点和终点得到年渤黄东海潮致可以看出余流场由西北太平洋通过日本岛链进入东海仅从台湾海峡和对马海峡向外输运且以台湾海峡向外输运为主东海潮余流场以辐聚方式进入黄海黄海的水体质量平衡由总环流控制一部分沿朝鲜半岛一侧向北在黄海形成一大的逆时针流环结构另一部分在北上过程中左偏在苏北形成强辐聚与郭炳火等放的人工水母漂移路径图基本符合琼港以外海域环流速度很小而潮流很强人工水母需要一定的启动流速才能运动其路径更多地反映了潮流信息可作为潮致余流在该区域辐聚的一个旁证在黄海中部东海南部冲绳海槽潮余流较小小于余流在
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 ,
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
苏北辐射沙洲区间流系分布格局及对大气强迫力的响应
苏北辐射沙洲区间流系分布格局及对大气强迫力的响应张蓓;堵盘军【摘要】苏北辐射沙洲海域由10余条主沙脊和10余条主水道组成，其沙脊群间水动力的消长决定了沙洲的生成、发展及消亡，形成了滩槽相间、水道交错的独特地貌。
黄海旋转潮波与东海前进潮波交汇于沙洲中心弶港，在沙洲外围诸多流系如黄海沿岸流、苏北沿岸水和长江冲淡水等影响下，又受复杂地形和大气强迫对浅水作用的影响，沙洲间余环流结构呈现4种环流结构迥异的特征。
本文利用2006－2012年间8次共23站一年四季、涵盖主要沙脊和水道间准同步调查数据，以及沙洲南部4站长达1个月以上连续观测的ADCP资料，结合吕四和洋口港海洋站气象水文数据，分析了沙洲间余流四季输运分布格局，并重点讨论和分析了沙洲南部余流与风应力的响应关系。
%Subei radiation shoals consist of over 10 master sand ridges and 10 main waterways .Hydrodynamics in sand ridges dominates the shoals'birth ,grow th ,and death ,forming the unique landform of intersect tide‐flats and grooves .The Yellow Sea rotational ridal wave and the East Sea forward tidal wave meet at Jianggang Port ,which lies in the center of the shoals area .Affected by outer flow systems ,such as the Yellow Sea coastal current ,the Su‐bei coastal current ,and the Yangtze River diluted water ,and with the effect of complex terrain and atmospheric force on shallow water ,the shoals show 4 kinds of totally different residual circulation structure within .In this pa‐per ,quasi‐synchronous survey data of 8 times and 23 sites within 2006-2012 ,which cover major sand ridges and waterways ,the ADCP data of 4 sites at southern shoals area ,continuously observed for more than 1 month ,andmeteorological and hydrological data from Lvsi and YangKou Port marine station were used to analyze the seasonal change of residual current transport and distribution pattern in the shoals area and to focus on the response of the southern shoals area's residuals to wind stress .【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】11页(P49-59)【关键词】辐射沙洲;苏北沿岸流;大气强迫;余流输运;分布格局【作者】张蓓;堵盘军【作者单位】国家海洋局东海预报中心，上海200081;国家海洋局东海预报中心，上海200081【正文语种】中文【中图分类】P731.23苏北辐射沙洲位于南黄海西南部,其南北长约200 k m,东西宽约90 k m,以弶港为中心,由东沙、毛竹沙等10余条大型沙脊以及西洋、苦水洋等10余条主要水道组成了我国独一无二的辐射状沙脊群地貌［1—2］。
红海湾西北海区海流特征分析
红海湾西北海区海流特征分析刘广平;何伟宏;邹晓理;王昭正;孙天山【摘要】利用2008年夏季和冬季的海流资料分析了红海湾西北海区潮流性质、运动形式、涨落潮流特性、余流特征.结果表明:红海湾西北海区属不规则半日潮海域,潮流性质属往复流,大致呈东—西向往返运动,具有一定的旋转流性质;平均涨潮流最大可达17.8cm·s-1,平均退潮流最大可达19.3cm·s-1;实测流受风和地形影响明显.余流受风和地形的影响也比较明显,在偏北风作用下,余流流向西偏南;在偏南风作用下,余流流向东偏北,余流最大可达18.9cm·s-1.潮能主要由东部向西传播至红海湾西北海区,潮能进入量值可达4.8×103W·m-1.【期刊名称】《热带海洋学报》【年(卷),期】2018(037)005【总页数】10页(P40-49)【关键词】红海湾;海流;余流【作者】刘广平;何伟宏;邹晓理;王昭正;孙天山【作者单位】中国科学院南海海洋研究所,广东广州 510301;中国科学院大学,北京100049;中国科学院南海海洋研究所,广东广州 510301;中国科学院南海海洋研究所,广东广州 510301;中国科学院南海海洋研究所,广东广州 510301;中国科学院南海海洋研究所,广东广州 510301【正文语种】中文【中图分类】P731.21红海湾位于南海北部粤东沿岸中段(22°39′—22°51′N, 114°56′—115°27′E), 为半封闭海湾, 面积约300km2, 水深10~50m。
湾北部较平缓, 自北向南倾斜, 西部沿岸坡度较大。
湾西北有赤石河注入, 年径流量5.27×108m3, 径流量较小。
湾内渔业资源丰富, 甲壳类(虾和蟹)资源尤为丰富, 分别是相邻的大亚湾及竭石湾的39.2和10.6倍, 是粤东海水养殖的主产区(贾晓平等, 2012; 宁加佳等, 2016)。
黄河海港海域的潮汐分析和预报
黄河海港海域的潮汐分析和预报
黄易畅;刘爱菊;张延廷
【期刊名称】《海洋科学进展》
【年(卷),期】1989(000)002
【摘要】黄河海港位于渤海南部M<sub>2</sub>分潮无潮点周围,潮汐变化复杂。
长期以来,由于潮位实测资料稀少,给该海域的潮汐分析和予报带来许多困难。
为适应黄河海港建设的需要,我们在1986年4月11日至今,于海港引堤主轴线上5米水深沉船处进行水位观测,首次获得了黄河海港较长时间的水位观测资料。
水位观测所用的仪器为安德拉水位计。
在两年多的观测中,1986年4月至1987年3月,观测资料较好,因此我们选用此期间的水位观测资料进行分析。
并用分析所得调和常数进行潮汐预报,其效果较满意。
另外,
【总页数】4页(P80-83)
【作者】黄易畅;刘爱菊;张延廷
【作者单位】国家海洋局第一海洋研究所;国家海洋局第一海洋研究所
【正文语种】中文
【中图分类】P76
【相关文献】
1.黄河三角洲（滨州）潮汐预报效益分析和宏观建议 [J], 韩现明;刘红心;卢光民;郝克进
2.黄河三角洲桩西至黄河海港海域冲淤演化特征研究 [J], 冯秀丽;王园君;黄明全;
陈之贺;董卫卫
3.港珠澳大桥岛隧工程施工海域潮汐调和分析与预报 [J], 尹朝晖;巢纪平;王彰贵;林鸣;潘丰;谭晶
4.黄河海港海域的潮汐特征 [J], 黄易畅;刘爱菊
5.黄河海港海域潮流、余流分析 [J], 叶和松;房宪英;黄易畅
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黄海、东海表、上层实测流分析
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黄海 、 海 表 、 层 实测 流分 析 东 上
了对马暖流的起源 ． 尽管这些研究 已取得一些重要结果， 但有关黄海和东海的太面积实测流
资料 的综合分 析 尚未 见到 ． 本文 尽可 能地收 集了整个 黄海 、 海 现有的 国 内 、 东 外锚 系 浮标 和卫 星跟踪 漂流 浮标资料 （ 锚碇站 位和 漂流 浮 标投放 点 如 图 ｌ所 示 ．东 海北 部 海域 有 少量 定 点周 日测流 资料 ， 它们能较 好地反 映流 场形态 ， 因此也 被利 甩） 更直观 、 形象 地研 究 陆架 环流 其 主 要 目的 是 ：１进 一 步验证前 人 的主要 结论 （） （ ）综合 分 析研 究 海 区 的环 流 结构 ， 出一些 新 ２ 给 的认识 ． 特别是 利用了 中韩 、 中美 和 中 日等 国际合 作 研 究项 目获 得 的锚 系 浮标和 卫 星 跟踪 漂
流浮标 资料 ， 丰富对整 个黄海 、 东海 区流场 的认识
收稿 日期 ： ０ ０ ８ ０ 惨订日期： ０ １ ０ —１ ２ ０ —０ —１ １ ２０ — ３ ２ 基立项 目： 国家重点蓦础研究发展规划资助项 目 （ １９ ０ ３ ０ ） Ｇ ９９ ４ ８￣ 忭誊■升 ： 林 葵（９ ２ ．男． １ ４ 一） 福建省福州市人．研究员．主要从事海流研 究
近十年来渤海湾围填海工程对渤海湾水交换的影响
近十年来渤海湾围填海工程对渤海湾水交换的影响王勇智;吴頔;石洪华;赵晓龙;闫文文【摘要】近十年来我国海岸带地区快速城市化,对土地的需求持续高涨,导致沿海地区围海造地现象愈演愈烈,海湾纳潮海域面积持续萎缩,对海湾的水交换带来了较大压力.为此,选取我国海岸带快速城市化的典型区域——渤海湾为例,研究近十年来渤海湾海岸带城市化对渤海湾水交换的影响.基于国际流行的MIKE3水动力模型耦合粒子追踪模块,应用2000年和2010年两个典型年份的渤海湾岸线资料,分别计算了2000年和2010年渤海湾环流系统及其驱动下的水质点运移规律和变化特征.研究将渤海湾划分为8个区块,定量化研究和对比了近十年来由于渤海湾持续围填海导致的海湾水存留时间和不同区块水交换能力的变化.结果表明,随着近十年来渤海湾沿岸快速城市化产生的岸线变化,导致湾内环流涡旋增多,决定湾内水交换的流场结构发生了显著变化,导致各区块的水交换能力和平均水存留时间不仅存在较大差异,而且发生了显著的变化.与2000年相比,2010年天津港、黄骅港和曹妃甸港区海域的平均水存留时间明显增加,水交换率下降,对区域水质的改善十分不利.【期刊名称】《海洋与湖沼》【年(卷),期】2015(046)003【总页数】10页(P471-480)【关键词】渤海湾;水交换;围填海;城市化【作者】王勇智;吴頔;石洪华;赵晓龙;闫文文【作者单位】国家海洋局第一海洋研究所青岛 266061;国家海洋局第一海洋研究所青岛 266061;国家海洋局第一海洋研究所青岛 266061;国家海洋局第一海洋研究所青岛 266061;国家海洋局第一海洋研究所青岛 266061【正文语种】中文【中图分类】P753围海造地是人类开发利用海洋的重要方式, 也是缓解土地供求矛盾和扩大社会发展空间的有效途径, 但由于围海造地在短时间、小尺度范围内剧烈的改变了海域自然属性, 对海洋生态系统易产生强烈的扰动。
经统计, 近十年来由于生产和生活的需要,我国填海造地总面积超过 1100km2(国家海洋局, 2012;2013), 相当于我国第三大海岛崇明岛的面积。
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北黄海北部海域潮余流的模拟研究黄炳智;胡泽建;金永德;迟万清;刘鑫仓;刘豪【摘要】基于二维水动力模型,在仅考虑潮流作用条件下,通过计算欧拉余流和拉格朗日余流并结合粒子追踪方法研究了辽宁大连—朝鲜龙渊郡连线北侧的北黄海北部海域的潮余流结构和粒子运移的趋势.结果表明:欧拉余流和拉格朗日余流流速整体较小,呈现由南向北的流向,但在獐子岛及长山群岛的附近岛屿和朝鲜半岛沿岸的海域欧拉余流和拉格朗日余流流速较大.对比粒子追踪计算的结果与欧拉余流和拉格朗日余流的结果表明,流向与粒子运移路径基本一致.该海湾的余流及粒子运动规律特点对辽东半岛东岸及朝鲜半岛西侧海域的排污及污染控制有重要的借鉴意义.【期刊名称】《海岸工程》【年(卷),期】2019(038)002【总页数】10页(P134-143)【关键词】北黄海;潮致余流;数值模拟;拉格朗日粒子追踪【作者】黄炳智;胡泽建;金永德;迟万清;刘鑫仓;刘豪【作者单位】自然资源部第一海洋研究所 ,山东青岛266061;自然资源部第一海洋研究所 ,山东青岛266061;自然资源部第一海洋研究所 ,山东青岛266061;自然资源部第一海洋研究所 ,山东青岛266061;中国海洋大学海洋地球科学学院 ,山东青岛266100;南京大学地理与海洋科学学院 ,江苏南京210023【正文语种】中文【中图分类】P731.21北黄海北部海域位于北黄海、以辽宁大连与朝鲜的龙渊郡之间连线的北侧,是介于辽东半岛和朝鲜半岛之间的海域。
在北黄海北部海域,北侧有鸭绿江及其他河流的注入,南侧是渤海与黄海之间水交换的重要通道,在辽宁的东侧沿海,海洋资源丰富,是各种渔业生产的重要基地,在庄河附近目前正在筹划建设核电站,由于各种人类活动的影响,海洋环境的问题也逐渐凸显出来。
北黄海海水水深由南往北逐渐变浅,等深线与岸线基本平行,平均水深38 m[1],由于海底地形的变化,结合该区域的潮流作用,使得该区域产生了一定的潮余流。
分析余流的运动规律,对海洋污染调查和环境的研究有重要的意义,是研究海岸带物质运输方向的重要手段[2-3]。
在大洋中,潮流对海水的运动影响较小,但到近岸的海湾地区,由于潮波及地形的影响,使得潮流成为近岸海流的主要运动形式。
余流是指海流滤掉周期性潮流后的剩余部分,包括风海流、密度流、径流和潮余流等[2]。
潮余流产生机制稳定,对余流的贡献持续稳定,因此,潮余流对物质运输起着不可或缺的作用,如海水中的污染物、热量和营养盐等。
潮余流的流速一般为每秒几厘米到几十厘米,是余流的重要组成部分[4]。
对潮余流的描述,可分为欧拉余流和拉格朗日余流[5],对一个固定点的潮流流速进行潮周期平均得到的剩余流动为欧拉余流,而通过跟踪水质点的运动,在潮周期内的位移与时间的比得到的余流为拉格朗日余流[6-7]。
目前,对黄海余流的研究,主要考虑了黄海暖流[8-9]及风海流[10]的影响,虽然黄海暖流和风海流是影响余流的主要因素,但潮致余流在黄海也是一个不可忽视的因素[11]。
通过直接观测较大尺度海域的余流比较困难,因此通过数值模拟手段可较好地计算出余流的运动规律。
国内外许多学者[12-22]通过数值模拟探讨了在不同海域的余流规律以及物质输运规律。
在国外的Ria De Muros[12]、曼多维河口[13]、阿尔法克斯湾[14]、亚得里亚海[15]等不同地区的海湾,通过数值模拟的方法研究了余流结构以及物质输运规律,其研究结果解释了物质在海洋中的运动规律；在国内的象山港[16]、北部湾[4]、海南岛[6]等海域,也有许多学者做了潮余流的研究,其中,象山港的研究主要是潮余流的结构及水体的交换时间,北部湾潮致余流的研究考虑了风海流的作用,海南岛附近海域主要研究了潮汐不对称。
Yanagi和Takahashi[17]、Le Kentang等[18]、Xia等[19]对黄渤海地区进行过数值模拟研究,但主要是关注季节和年平均的环流现象。
余流是物质运输的主要动力,计算出余流的运动规律,也就能得到物质运输的运动规律。
在北黄海北部海域,郝子宁等[20]、龚煌等[21]、王平和张宁川[22]通过数值模拟同时耦合拉格朗日粒子追踪模块,计算了辽东半岛沿岸的庄河海域、大连湾和旅顺港的物质迁移分析,从局部地区分析了北黄海沿岸物质运移的特性,其结论也能反映出余流的运动规律。
目前,在北黄海北部海域,分析潮致余流的研究还比较少,本文利用二维水动力模型,在仅考虑潮流作用条件下,计算了该区域余流结构,通过计算欧拉余流并结合粒子追踪模块,能够更清晰地显示出研究区的余环流结构和物质的运移趋势,突出潮致余流在北黄海北部海域的作用,对该海域因工程建设活动、渔业生产及交通运输产生的污染物运移轨迹具有借鉴意义。
1 研究方法1.1 数学模型Mike21是由丹麦水利研究所开发的平面二维数学模型[23],模型是基于三向不可压缩和Reynolds值均布的Navier-Stokes方程,并服从于Boussinesq假定和静水压力(hydrostatic pressure)的假定。
二维非恒定浅水方程组为式中,t为时间；h 为总水深,且h=η+d,η 为水位,d 为静水深；x 和y 为经度和纬度；¯u,¯v 分别为沿水深平均的x 和y 方向上速度分量；S 为源汇项；f 为科氏力参数,g 为地球重力加速度；ρ 为水密度；ρ0 为水的参考密度；p a 为当地大气压；τs x和τs y为风应力分量；τb x和τb y为底部应力分量；s xx,s xy,s yx和s yy为辐射应力分量；u s和v s为源汇项的水流速度分量；T xx,T xy,T yx和T yy为横向应力分量,其表达式分别为其中A 为水平涡流黏度系数。
1.2 拉格朗日粒子追踪模型为了研究水体及污染物质的长期输移规律,在研究水域的周围空间水体设置追踪粒子,建立拉格朗日粒子追踪数值模式。
拉格朗日余流计算公式可认为是欧拉余流与斯托克斯漂移相加的结果[24],计算公式为式中,U L为拉格朗日平均速度,U E为欧拉余流,U S为斯托克斯漂移速度。
1.3 欧拉余流海洋中的欧拉余流可简单定义为欧拉平均速度[24],具体计算方法为先构造x o y 右手直角坐标系,然后沿x 轴和y 轴分解流速,分解流速后欧拉余流计算形式为式中,U E和V E分别为x 和y 方向的欧拉平均速度；t 0 为计算的起始时刻；T 为潮周期；u(x 0,t),v(x 0,t)为潮流计算所得某固定点在x 和y 方向的速度；n 为所取计算周期的个数；N=n T/Δt,Δt为数值模拟的时间步长。
2 结果与分析2.1 模型检验本文中的二维水动力模型基于非等距网格技术对计算区域进行空间离散。
模型中的计算区域为渤海和黄海的大部分海域,模型中以中国日照和韩国的新安郡的连线作为开边界(图1),开边界的水位是通过对照《潮汐表》[25]中日照石臼所海洋站长期潮位资料并结合《渤海黄海东海海洋图集》[26]的同潮图确定的。
通过非结构三角网格,对北黄海北部海湾进行局部加密,减少了锯齿岸线对计算结果的不利影响。
模型中海岸线采用平均大潮高潮线,本文利用卫星Landsat 8的2016-01空间分辨率为15 m 的遥感影像,解译配准的卫片并提取岸线。
水深资料来自中国人民解放军航海司令保证部制作的电子海图中的水深数据,模型计算时间为240 d。
图1 模型网格与边界Fig.1 Grids and boundaries of the model为检验模型计算的准确性,本文提取了大连和威海海洋验潮站中具有连续时间的潮位数据,对应模型计算的时间,进行潮位验证。
同时,本文结合A(123°17′26.1″E,38°42′29.4″N),B(123°36′51.66″E,39°11′8.64″N),C(124°00′10. 32″E,38°55′58.98″N)和D(123°48′0.24″E,38°29′25.2″N)四个具有流速流向实测资料的点位(图2)进行验证。
图2 研究区网格与实测站位Fig.2 Grids and location of measuring stations in the study area2.1.1 潮位验证从潮位验证结果(图3)来看,潮位计算值与验证值基本一致。
计算的高、低潮位出现的时间与实测高、低潮位出现的时间都吻合的较好。
潮位平均偏差在0.2 m左右,满足模型计算要求。
总体来看,潮位验证结果良好。
图3 威海和大连潮位验证Fig.3 Tide level validation in Dalian and Weihai 2.1.2 潮流验证从流速、流向验证(图4和图5)结果来看,大、小潮各测点流速、流向计算值与实测值吻合较好,相位偏差较小,流速过程与现场基本一致,平均流速大小计算值与实测值偏差在10%左右,平均流向小于15°。
总体来看,计算值和实测值吻合良好,模型能较好地反映出研究区的流场情况。
图4 A,B,C和D 点流速验证Fig.4 Verification of flow speeds at points A,B,C and D注：流速实测数据的观测时间为2006-10-23T20：00-24T21：00；·表示实测值,—表示计算值图5 A,B,C和D 点流向验证Fig.5 Verification of flow directions at points A,B,C and D注：流向实测数据的观测时间为2006-10-23T20：00-24T21：00；·表示实测值,—表示计算值2.2 潮流场模拟结果由利用模型计算获得的北黄海北部海湾潮流场分布(图6)可知,在北黄海北部海区,涨潮的最大流速为1.9 m/s,落急时最大流速为1.14 m/s,涨潮和落潮的最大流速都出现在朝鲜半岛附近海域。
涨潮时,在靠近辽东半岛一侧的海域,海水为SW—NE 流向,在辽东半岛与朝鲜半岛中间的海域,海水为S—N 流向,在朝鲜半岛附近海域,海水为S—NE流向。
落潮时,在靠近辽东半岛海域,海水为NE—SW 流向,在辽东半岛与朝鲜半岛中间的海域,海水为N—S流向,在靠近朝鲜半岛一侧海域,海水为NE—S 流向。
图6 涨、落潮流场分布Fig.6 Distributions of the flood tide and the ebb tide flow fields2.3 欧拉余流计算结果北黄海北部海域的欧拉余流如图7所示,大部分海域的欧拉余流流速较小,最大流速为1.04 cm/s。
计算结果显示,欧拉余流流速较大的区域主要是在朝鲜半岛近海海域、长山群岛等附近的海域以及辽东半岛南部沿岸海域。