基于波流耦合模型的洋山海域风暴潮水动力特性研究

发布时间：2020-07-12 00:08

【摘要】：洋山海域位于杭州湾口北侧、长江口南部,由东-西走向的南岛链与西北-东南走向的北岛链合围成一个西宽东窄的潮汐通道。洋山港区水动力结构复杂,且位于极易受到台风风暴潮灾害袭击的海域。本文基于FVCOM水动力模式与FVCOM-SWAVE海浪模式,建立了洋山海域高精度天文潮-风暴潮-海浪耦合模型,研究洋山海域北岛链北侧凹岸线,南岛链南侧凸岸线及中间喇叭口状潮汐通道特殊地形下水动力特征和台风对水动力结构的影响,量化风暴潮动力机制主要控制因素对台风期间增水的影响强度。以超强台风“灿鸿”为例,对其风速、风向、潮位、潮流、有效波高等实测数据进行了分析,重点研究了建港工程后潮流和余流结构的三维特征及风暴潮过程中的总水位、总增水、有效波高特征,并定量比较风应力、波浪、气压分别对风暴潮增水的贡献率。模型采用高分辨率、大区域地形网格,运用实测数据进行对比验证后,能够准确模拟台风对洋山港水动力过程的影响。主要研究成果及结论如下:(1)涨急时深水航道处流速大于南北海域,落急时相反。峡道窄口处出现高流速区和环流现象,涨潮流最大流速可达2.88ms-1。涨落潮时南岛链以南海域流速均大于北岛链以北流速。峡道西部涨潮流大于落潮流,东部相反。涨憩时刻,南岛链南岸和北岛链北岸都形成表层向北、底层向南的表-底层环流,落憩时刻相反。落急时,深水航道处出现表层向南、底层向北的表-底层环流。(2)受工程后地形影响,峡道内M2分潮潮流椭圆主轴均沿岸线方向且潮流运动以往复流为主。自表层至底层,M2潮流椭圆长轴减小,方向变化小于10°。峡道西部椭圆表层为顺时针旋转,底层相反。峡道窄口出现余流最大值,在近岸区域出现余环流现象,余流流速随水深增加而减小。洋山海域整体以海向余流占优,但峡道内形成向陆地方向的余流,在峡道窄口处存在余流分离现象。与工程前相比,峡道西部余流滞流点东移。(3)洋山海域最高水位出现时刻晚于最大增水时刻,但均比台风登陆时刻早。最高水位时刻位于天文潮高潮时,但最大增水时刻出现在天文潮低潮时。由于面积较小,洋山海域附近八个特征站点处的最高水位与最大增水均相差不大。由于岛链的壅水作用,最高水位与最大增水均出现在北岛链北岸凹岸线处。洋山海域整体流场与天文潮时相比略有南偏。最大有效波高出现在风暴高潮位之后,与风速最大值时刻相同。洋山海域由于南北岛链阻挡作用,岛链东部海面波高明显高于岛链西部海域。(4)风引起的增水最大,能达到总增水的87.1%,其次为气压,最大约为总增水的23.7%,波浪引起的增水最小,只有约14.4%。因此认为风暴增水主要是由于风引起的。各个因素引起的增水,南北岛链间喇叭形海域的增水均小于北岛链以北及南岛链以南海域。风引起的最大增水时刻最早,波浪其次,气压最晚。波浪引起的最大增水值的时刻晚于总增水最大值的时刻,与最大风暴潮潮位出现的时刻几乎相同。风引起的最大增水值的时刻与总增水最大值同时发生。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P731.23
【图文】：

据《中国海洋灾害公报》（２００６－２０１６）公布数据，最近１０年间我国沿海地逡逑区的风暴潮灾害共发生２１６次，给沿海各省市带来直接经济损失１２３０．６６亿元，逡逑受灾人口邋１０７７６．６５万人，造成的人员死亡或失踪人数徶４８５人。图１．３为２００６－逡逑２０１６年全国风暴潮灾害统计，其中２０１１年总体灾情较轻，受灾人口为近十年最逡逑少，直接经济损失只略大于２０１６年，并未造成人员失踪或死亡。受灾最严重的逡逑为２００６年，造成经济损失２１７．１１亿元，受灾人口邋２６８８．３万人，造成死亡及失踪逡逑２逡逑

洋山海域位于中国海岸线中部，杭州湾口北侧、长江口南部，属于多岛屿、逡逑多航道的崎岖列岛海区，因此该海域极易受到风暴潮灾害。洋山海域距离上海陆逡逑域约３２千米，由东－西走向的南岛链与西北－东南走向的北岛链组成（图１．４）。南、逡逑北岛链合围成一个自西向东逐渐束窄、水深逐渐加深的喇叭口状潮汐通道，西口逡逑门朝向杭州湾，宽约８．１千米，深约１０米，东侧宽度最窄处约０．９千米，最大水深逡逑约８７米，形成一个天然的深水航道，能为大型集装箱货运船提供水深大于丨５米的逡逑３逡逑

逦１００＾逡逑２０ＣＩＲ邋２００７逦２００８逦２００９逦２０１０逦２０１邋Ｉ邋２０１２逦２０１３逦２０１４逦２０１５逦２０１６逡逑图１．３邋２００６－２０１６年全国风暴潮灾害统计逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋２００６－２０１６邋ｓｔｏｒｍ邋ｓｕｒｇｅ邋ｄｉｓａｓｔｅｒ邋ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ逡逑洋山海域位于中国海岸线中部，杭州湾口北侧、长江口南部，属于多岛屿、逡逑多航道的崎岖列岛海区，因此该海域极易受到风暴潮灾害。洋山海域距离上海陆逡逑域约３２千米，由东－西走向的南岛链与西北－东南走向的北岛链组成（图１．４）。南、逡逑北岛链合围成一个自西向东逐渐束窄、水深逐渐加深的喇叭口状潮汐通道，西口逡逑门朝向杭州湾，宽约８．１千米，深约１０米，东侧宽度最窄处约０．９千米，最大水深逡逑约８７米，形成一个天然的深水航道，能为大型集装箱货运船提供水深大于丨５米的逡逑３逡逑

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本文编号：2751127