基于FVCOM模拟湄洲湾围填海工程对水沙输运的影响

发布时间：2021-06-29 16:41

湄洲湾位于福建省东部,紧邻台湾海峡,具有丰富的海洋经济资源和重要的政治军事地位,但随着人口的快速增长,其土地资源匮乏的短板不断凸显。为了克服这一矛盾,湄洲湾政府主持了多起围填海工程。围填海工程在促进当地经济发展的同时也破坏了海湾内生态环境的自然平衡,更有甚者将会导致经济的不可持续发展。此外,每年夏秋两季,湄洲湾都会遭受由风暴潮、大风大浪和内陆洪水带来的巨大损失。当台风靠近海湾时,较低的台风中心气压会提升海湾附近的水位,并且伴随着强劲的海面风力所产生的风生流,大量海水涌入海湾,导致海湾内水位显著上升,给海湾带来了巨大威胁。因此,模拟围填海工程对湄洲湾水动力环境和泥沙输运情况的影响,并考虑台风过程和围填海工程相结合的联合作用,具有十分重要的现实意义。本文基于FVCOM模型,采用非结构化三角网格构建了湄洲湾三维斜压水动力泥沙波浪耦合模型,并基于围填海工程前后的模拟结果,从粒子轨迹、滞留时间、纳潮容量、余流场、污染物输运特征、泥沙输运特征和风暴潮增水波浪这七个方面研究了围填海工程对湄洲湾水动力环境和泥沙输运的影响。整体上看,围填海工程极大改变了海湾内岸线特征,使得海湾进一步束窄。围填海工程后,海湾面积减少137.32 km~2;湾内粒子运动轨迹束紧,运动强度呈现一定程度的缩减,湄洲岛环流趋势有所增强,湄洲岛上方粒子运动轨迹转变为线型,滩涂区域粒子运动轨迹线型程度提升;湾内大部分区域滞留时间增加,侧向湾顶区域和横向通道区域滞留时间减少,外海区域滞留时间基本不变;纳潮量呈现出减少趋势,具体表现为大潮期间减少0.65×10~9 m~3,小潮期间减少0.44×10~9 m~3;位于横向通道右隅的顺时针余流消失不见,矩形角区域出现逆时针余流分布,湄洲岛周围余流呈缩小趋势,滩涂上方余流强度减弱,小潮期间余流场对围填海工程敏感度更高;污染物扩散强度沿潮汐通道方向减弱,沿横向通道方向扩散增强,矩形角区域出现明显滞流现象,潮汐通道潮流强度减弱,横向通道潮流强度增强;湄洲湾内大部分区域悬沙浓度降低,湄洲岛西部和侧湾顶部悬沙浓度增加,矩形角上部区域、Z4区域北侧和湄洲岛西部区域呈现淤积趋势,Z4区域南侧、Z2区域和横向通道区域呈现冲刷趋势;最大风暴潮增水增加0.06 m,最大有效波高减少0.09 m,横向通道和湄洲岛东部区域有效波高略有提升。上述研究成果可为湄洲湾后续的工程设计、环境保护、污染物排放控制、疏浚工程规划等提供建议。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P756.8

文章目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.2.1 水动力模型研究进展

1.2.2 风暴潮模型研究进展

1.2.3 泥沙模型研究进展

1.2.4 国外围填海概况及研究现状

1.2.5 国内围填海概况及研究现状

1.3 本文工作

2 湄洲湾区域概况

2.1 湄洲湾区域范围

2.2 湄洲湾区域自然环境概况

2.2.1 气象气候条件

2.2.2 海洋水文条件

2.2.3 陆地径流条件

2.2.4 自然灾害

2.3 湄洲湾区域社会环境概况

3 模型介绍

3.1 基本控制方程

3.1.1 水动力基本控制方程

3.1.2 温盐输运方程

3.1.3 波作用守恒方程

3.1.4 泥沙输运方程

3.2 定解条件

3.2.1 流速边界条件

3.2.2 温盐边界条件

3.2.3 泥沙边界条件

3.3 数值算法

3.3.1 内外模分离算法

3.3.2 数值离散方法

4 模型配置及验证

4.1 大模型配置及验证

4.1.1 网格划分

4.1.2 初始和边界条件设置

4.1.3 参数配置

4.1.4 潮位验证

4.1.5 温度和盐度验证

4.2 台风模型的配置及验证

4.2.1 台风选择

4.2.2 模型配置

4.2.3 模型验证

4.3 小模型配置及验证

4.3.1 模型配置

4.3.2 潮位潮流验证

4.3.3 温度盐度验证

4.3.4 悬沙浓度验证

4.4 本章小结

5 围填海工程对湄洲湾水动力环境以及泥沙输运的影响

5.1 对湾内粒子轨迹的影响

5.2 对滞留时间的影响

5.3 对纳潮量的影响

5.4 对余流场的影响

5.5 对污染物输运的影响

5.6 对泥沙输运的影响

5.7 对风暴潮增水和波浪的影响

5.8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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