广东典型红树林海湾波浪特性数值模拟研究

发布时间：2020-11-07 08:19

　　 红树林是热带和亚热带海湾河口泥滩盐渍化沼泽上的盐生森林植物群落,在防浪护岸方面具有显著作用。对红树林消浪效果进行研究有利于加深人们对红树林的保护意识。目前的研究关注的都是红树林对短期波浪的衰减效果,关于其对多年一遇波浪的衰减的研究不多。广东省是全国红树林分布面积最大的省份,且拥有全国最长的大陆岸线,是研究红树林消浪的理想区域。本文基于SWAN波浪模式,首先对1109号台风“梅花”过境江苏省时的波浪进行模拟,与站点实测数据进行对比,验证了其对风浪传播模拟的准确性;随后对Ozeren等的物理模型试验进行模拟,验证了其对植被水域波浪传播模拟的准确性。最后利用地面交换站实测风速对本文所采用的ECMWF驱动风场的风速进行了验证。在数值模式及驱动资料得到验证的基础上,选取广东省四个典型的生长着红树林的海湾:雷州湾、海陵湾、镇海湾以及红海湾作为计算点,首先计算了四个地点不考虑红树林作用的1989~2018共30年间的波浪数据,对结果进行统计分析,发现各点全年主要盛行E、ESE、SE、SSE和S五个方向的波浪。采用P-Ⅲ分布求矩适线法进行频率分析,编写MATLAB脚本,根据绝对值准则确定最终的曲线参数,推算了各点不同浪向不同重现期的有效波高。结果显示,四点中最大的100年一遇有效波高为2.22m,发生于水深最大的雷州湾;对于水深较小的海陵湾,2年一遇和100年一遇有效波高相差不大,均为0.4m左右。通过统计深圳市坝光区域15条滨海河溪的红树林中乔木和灌木的平均群落特征,确定本文的四个计算点红树林特征参数,并根据2018年的调查结果确定各点红树林分布面积,建立了广东海域典型海湾红树林区域的波浪传播数值模型,计算了考虑红树林作用的30年波浪数据,据此分析推算相应的多年一遇有效波高,与不考虑红树林作用的结果进行对比,分析了红树林对不同浪向不同重现期的有效波高的衰减效应。结果显示,各点各方向不同重现期有效波高平均衰减率在20%以上,最大衰减率达66.86%。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P731.22
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 红树林消浪研究现状
    1.3 广东海域波浪研究现状
    1.4 本文的研究内容
2 数值模式及其验证
    2.1 SWAN模式简介
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 源汇项
        2.1.3 植被引起的耗散
        2.1.4 数值方法
    2.2 SWAN模式验证
        2.2.1 风浪模拟验证
        2.2.2 植被消浪模拟验证
    2.3 本章小结
3 广东典型海湾波浪特性数值模拟研究
    3.1 资料介绍及模型设置
        3.1.1 计算范围及驱动资料介绍
        3.1.2 网格划分及参数设置
    3.2 ECMWF风场风速验证
    3.3 波浪的季节分布特征
    3.4 不同重现期波浪要素推算
        3.4.1 P-Ⅲ分布求矩适线法
        3.4.2 各点多年一遇波浪
    3.5 本章小结
4 广东典型海湾红树林消浪特性数值模拟研究
    4.1 红树林分布面积及其参数概化
    4.2 红树林消浪效果
        4.2.1 考虑红树林的多年一遇波浪
        4.2.2 红树林对多年一遇波浪的衰减率
    4.3 本章小结
结论
参考文献
附录 P-Ⅲ分布求矩适线法MATLAB脚本代码
致谢

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本文编号：2873689