三亚湾海岸动力演变的数值模拟研究
发布时间：2021-10-30 21:57
近年来,海岸侵蚀呈现不断加剧的趋势,给沿海地区经济社会的发展造成了极大危害。关于三亚湾海岸侵蚀过程及其动力学研究多停留在定性或半定量阶段。从海岸动力地貌学角度出发,基于沉积物迁移理论,利用数值模拟方法,定量研究了三亚湾海岸在波浪和潮流作用下的动力演变过程。计算结果重现了海水波浪的传播形态及动态特征:涨潮时,波高极值相对较大,水位随之升高,波动现象明显,波动形态复杂;落潮时,波高极值相对减小,水位也随之降低,海面相对较平静,波形态在离岸区域较单一,仅在近岸区域相对多样化。同时,数值模拟结果也很好地显示了三亚湾岸线附近的沉积或侵蚀过程特征:三亚湾西段海洋动力条件较强,沉积或侵蚀现象明显,沉积/侵蚀能力由三亚湾西段逐渐向东段减小。此外,以海洋动力学机制为基础,定量模拟了三亚湾海岸侵蚀与演变物理过程,为该地区海岸开发利用、海岸环境保护提供科学依据。
【文章来源】：海岸工程. 2019,38(03)
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
面积为１２ｋｍ（长）×８ｋｍ（宽）图１三亚湾区域位置注：黑色矩形Ａ为西段
的限制而对数值模拟结果存在影响。权衡本研究问题的实际情况，在确保计算精度的情况下，本研究对得到的原始地形数据进行了适当的重采样。由于海岸线演变主要表现在垂直岸线方向上（ｘ向），插值得到最小网格单元尺寸为１５ｍ，保证了在海陆交界附近的网格最密。顺岸方向（ｙ向）插值得到最小网格单元尺寸为２０ｍ。实际计算区域大小为８ｋｍ（水平ｘ向）×１２ｋｍ（水平ｙ向），插值得到的总单元数为２０１２２８个，总节点数为２０２１３０个。由图２可见数值模拟中的初始海底地形特征及网格中特征：网格单元大小随区域位置变化特征。图２数值模拟中的初始海底地形及网格特征Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｂａｔｈｙｍｅｔｒｙａｎｄｍｅｓｈｉｎｇｆｅａｔｕｒｅｓｆｏｒｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ波浪入射边界条件为谱波边界条件，由入射波谱高度（Ｈｍ０）和波谱峰值频率（ｆｐ）等参数决定，本研究使用的数值模型，对上述参数的取值范围进行了限定，其中，０≤Ｈｍ０≤５．０ｍ，０．０６２５ｓ－１≤ｆｐ≤０．４ｓ－１。Ｈｍ０和ｆｐ参数值均采用了计算模型的默认经验值，分别为１．５ｍ和０．０６２５ｓ－１［２８］。海上边界为吸收边界条件，以解决波浪向深海传播时的反射效应；陆上边界为闭边界条件，设定水质点的法向流速为０ｍ／ｓ；水平边界条件为Ｎｅｕｍａｎｎ边界条件，设定沿岸水位梯度为０。图３ａ显示了数值模拟过程中的初始水位条件，图３ｂ显示了初始地形及水位条件在中段跨岸处（具体位置见图１）纵剖面特征的对比结果
１８０海岸工程３８卷地形及水位的高程特征，横坐标为中段跨岸沿水平ｘ向上的距离长度。图３数值模拟中的初始水位条件及纵剖面特征Ｆｉｇ．３Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｗａｔｅｒｌｅｖｅｌａｎｄｉｔｓｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｐｒｏｆｉｌｅｆｏｒｔｈｅｓｉｎｕｌａｔｉｏｎ图４三亚站２０１３－１０－２６全天的潮位变化特征［１５］Ｆｉｇ．４Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅ２４－ｈｏｕｒｔｉｄｅｌｅｖｅｌｏｂｓｅｒｖｅｄａｔＳａｎｙａｓｔａｔｉｏｎｏｎＯｃｔｏｂｅｒ２６，２０１３［１５］计算时间长度为２４ｈ，即模拟１ｄ的涨、落潮周期内，海岸侵蚀演变过程，模拟的平均时间步长为０．３８０ｓ。潮汐一般在农历每月初一、十五附近会各发生１次大潮，潮差较大，而在农历每月初八、二十三附近会各发生１次小潮，潮差较小。不同潮差的潮汐输入条件，不可避免的对数值计算结果特别是侵蚀／沉积结果等存在一定的误差影响。为了验证本研究中采用数值模型的可行性，减小由于潮差太大对数值模拟结果可能带来的误差等不确定性影响，选取了较有代表性、能完整反映一天潮汐规律且潮差变化较小（农历九月二十二）的２４ｈ潮位过程数据［１５］，最大潮差仅为９７ｃｍ，据此，得到本研究数值模拟过程中的潮位条件（图４）。３结果三亚湾在波浪及潮流作用下动力学演变过程的数值模拟结果如图５～图８所示。为了验证数值模型的可靠性与合理性，依据模型中使用的潮汐观测数据的潮涨、潮落时间特征，选取了整
【参考文献】：
期刊论文
[1]海岸带及其调查技术进展[J]. 李平,谷东起,杜军,徐国强,张志卫. 海岸工程. 2019(01)
[2]港口扩建影响下近岸沙滩稳定防护三维水动力模型试验研究[J]. 高峰,唐友刚,彭程,赵旭,张慈珩,耿宝磊. 海岸工程. 2018(03)
[3]波浪与渤海近岸海冰流固耦合特性的数值模拟[J]. 房河宇,杨春忠,马慧敏,徐晓甫,刘长根. 海洋科学进展. 2018(01)
[4]岛礁地形上拍岸浪的数值模拟研究[J]. 聂屿,李训强,朱首贤,张文静,汪鸿. 海洋科学进展. 2017(03)
[5]数值研究非平底地形对畸形波能量结构的影响[J]. 崔成,肖辉,左书华,张义丰. 海洋科学进展. 2016(03)
[6]基于潮位观测的三亚湾海岸侵蚀遥感提取与分析[J]. 段依妮,滕骏华,蔡文博. 海洋预报. 2016(03)
[7]三亚市蜈支洲岛海岸侵蚀与沉积的定量分析[J]. 张晓浩,黄华梅,吴秋生,娄全胜,杨帆,刘辉. 热带海洋学报. 2015(05)
[8]不同类型海岛的海滩稳定性分析——以大连长兴岛和唐山打网岗岛为例[J]. 程林,王伟伟,付元宾,袁蕾,康婧,姜呈浩. 海洋科学进展. 2015(03)
[9]护岸工程与沙滩流失[J]. 唐筱宁,王绿卿,杨锦凌. 海岸工程. 2015(02)
[10]基于海平面上升的辽东湾绥中海岸侵蚀危险度评估[J]. 包春霞,文世勇,徐丽芬,吴彤,赵冬至,黄凤荣,许学工. 灾害学. 2015(01)
硕士论文
[1]厦门湾常风浪场数值模拟研究[D]. 郑吉祥.厦门大学 2008
本文编号：3467498
【文章来源】：海岸工程. 2019,38(03)
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
面积为１２ｋｍ（长）×８ｋｍ（宽）图１三亚湾区域位置注：黑色矩形Ａ为西段
的限制而对数值模拟结果存在影响。权衡本研究问题的实际情况，在确保计算精度的情况下，本研究对得到的原始地形数据进行了适当的重采样。由于海岸线演变主要表现在垂直岸线方向上（ｘ向），插值得到最小网格单元尺寸为１５ｍ，保证了在海陆交界附近的网格最密。顺岸方向（ｙ向）插值得到最小网格单元尺寸为２０ｍ。实际计算区域大小为８ｋｍ（水平ｘ向）×１２ｋｍ（水平ｙ向），插值得到的总单元数为２０１２２８个，总节点数为２０２１３０个。由图２可见数值模拟中的初始海底地形特征及网格中特征：网格单元大小随区域位置变化特征。图２数值模拟中的初始海底地形及网格特征Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｂａｔｈｙｍｅｔｒｙａｎｄｍｅｓｈｉｎｇｆｅａｔｕｒｅｓｆｏｒｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ波浪入射边界条件为谱波边界条件，由入射波谱高度（Ｈｍ０）和波谱峰值频率（ｆｐ）等参数决定，本研究使用的数值模型，对上述参数的取值范围进行了限定，其中，０≤Ｈｍ０≤５．０ｍ，０．０６２５ｓ－１≤ｆｐ≤０．４ｓ－１。Ｈｍ０和ｆｐ参数值均采用了计算模型的默认经验值，分别为１．５ｍ和０．０６２５ｓ－１［２８］。海上边界为吸收边界条件，以解决波浪向深海传播时的反射效应；陆上边界为闭边界条件，设定水质点的法向流速为０ｍ／ｓ；水平边界条件为Ｎｅｕｍａｎｎ边界条件，设定沿岸水位梯度为０。图３ａ显示了数值模拟过程中的初始水位条件，图３ｂ显示了初始地形及水位条件在中段跨岸处（具体位置见图１）纵剖面特征的对比结果
１８０海岸工程３８卷地形及水位的高程特征，横坐标为中段跨岸沿水平ｘ向上的距离长度。图３数值模拟中的初始水位条件及纵剖面特征Ｆｉｇ．３Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｗａｔｅｒｌｅｖｅｌａｎｄｉｔｓｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｐｒｏｆｉｌｅｆｏｒｔｈｅｓｉｎｕｌａｔｉｏｎ图４三亚站２０１３－１０－２６全天的潮位变化特征［１５］Ｆｉｇ．４Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅ２４－ｈｏｕｒｔｉｄｅｌｅｖｅｌｏｂｓｅｒｖｅｄａｔＳａｎｙａｓｔａｔｉｏｎｏｎＯｃｔｏｂｅｒ２６，２０１３［１５］计算时间长度为２４ｈ，即模拟１ｄ的涨、落潮周期内，海岸侵蚀演变过程，模拟的平均时间步长为０．３８０ｓ。潮汐一般在农历每月初一、十五附近会各发生１次大潮，潮差较大，而在农历每月初八、二十三附近会各发生１次小潮，潮差较小。不同潮差的潮汐输入条件，不可避免的对数值计算结果特别是侵蚀／沉积结果等存在一定的误差影响。为了验证本研究中采用数值模型的可行性，减小由于潮差太大对数值模拟结果可能带来的误差等不确定性影响，选取了较有代表性、能完整反映一天潮汐规律且潮差变化较小（农历九月二十二）的２４ｈ潮位过程数据［１５］，最大潮差仅为９７ｃｍ，据此，得到本研究数值模拟过程中的潮位条件（图４）。３结果三亚湾在波浪及潮流作用下动力学演变过程的数值模拟结果如图５～图８所示。为了验证数值模型的可靠性与合理性，依据模型中使用的潮汐观测数据的潮涨、潮落时间特征，选取了整
【参考文献】：
期刊论文
[1]海岸带及其调查技术进展[J]. 李平,谷东起,杜军,徐国强,张志卫. 海岸工程. 2019(01)
[2]港口扩建影响下近岸沙滩稳定防护三维水动力模型试验研究[J]. 高峰,唐友刚,彭程,赵旭,张慈珩,耿宝磊. 海岸工程. 2018(03)
[3]波浪与渤海近岸海冰流固耦合特性的数值模拟[J]. 房河宇,杨春忠,马慧敏,徐晓甫,刘长根. 海洋科学进展. 2018(01)
[4]岛礁地形上拍岸浪的数值模拟研究[J]. 聂屿,李训强,朱首贤,张文静,汪鸿. 海洋科学进展. 2017(03)
[5]数值研究非平底地形对畸形波能量结构的影响[J]. 崔成,肖辉,左书华,张义丰. 海洋科学进展. 2016(03)
[6]基于潮位观测的三亚湾海岸侵蚀遥感提取与分析[J]. 段依妮,滕骏华,蔡文博. 海洋预报. 2016(03)
[7]三亚市蜈支洲岛海岸侵蚀与沉积的定量分析[J]. 张晓浩,黄华梅,吴秋生,娄全胜,杨帆,刘辉. 热带海洋学报. 2015(05)
[8]不同类型海岛的海滩稳定性分析——以大连长兴岛和唐山打网岗岛为例[J]. 程林,王伟伟,付元宾,袁蕾,康婧,姜呈浩. 海洋科学进展. 2015(03)
[9]护岸工程与沙滩流失[J]. 唐筱宁,王绿卿,杨锦凌. 海岸工程. 2015(02)
[10]基于海平面上升的辽东湾绥中海岸侵蚀危险度评估[J]. 包春霞,文世勇,徐丽芬,吴彤,赵冬至,黄凤荣,许学工. 灾害学. 2015(01)
硕士论文
[1]厦门湾常风浪场数值模拟研究[D]. 郑吉祥.厦门大学 2008
本文编号：3467498
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