廉州湾潮流深槽维持的动力机制及其演变趋势的数值研究

摘要

廉州湾潮流深槽作为进出北海港的天然航道,是海洋水动力场动态平衡的结果,它不仅是连接湾内与湾外水体的重要通道,更是维护北海银滩国家级旅游度假区水质洁净的天然屏障。通过对比历史海图水深发现,廉州湾水下浅滩总体向湾外缓慢推进,但潮流深槽水深基本维持不变。本文结合实地调查资料,通过数值模拟的方法,研究自然状态下潮流深槽维持其现有状态的动力机制,及其在人类活动影响下的演变趋势,旨在为合理利用廉州湾海洋资源,保护廉州湾深水航道及半岛南岸旅游资源提供科学的理论依据和指导。
　　首先,本文选用ECOM(Estuarine and Coastal Ocean Model)模式建立了廉州湾水动力模型,对廉州湾潮流进行了模拟,并结合实测资料与模拟结果进行对比验证,为研究潮流深槽维持的动力机制提供了稳定的水动力场。其次,综合考虑南流江枯、平、丰水期的径流条件和大、小潮的变化,利用CART理论(Constituent-oriented Age and Residence time Theory),对南流江水龄进行了计算,得到廉州湾内水龄分布的时空变化特征;同时,采用质点追踪方法,得到来自南流江的水质点进入廉州湾后的输运轨迹,综合质点追踪与水龄的研究结果,分析南流江所携带的水沙在廉州湾内的输运分布规律。然后,对廉州湾的泥沙输运和海底冲淤进行研究,分析自然状态下潮流深槽的变化趋势。最后,根据廉州湾的海洋功能区划和实际需要,考虑未来可能出现的填海造地工程,对填海造地后廉州湾的水动力场进行模拟,通过对比工程前后廉州湾内的水动力场和泥沙输运场,分析在未来的人类活动影响下廉州湾潮流深槽的演变趋势。
　　从物质输运的角度看,南流江淡水输运的时空分布差异对于潮流深槽的维持有重要作用。南流江水龄的计算结果表明,时间上,淡水从南流江的口门处向西离开廉州湾的时间约为10天左右,而输运到冠头岭则需要45天以上,在这期间,淡水携带的大部分泥沙基本已经沉降。空间上,南流江携带的物质更多地向南流江三角洲、廉州湾西部及西南部输运,向深槽方向输运相对较少,因而有利于深槽的维持。此外,质点追踪的结果与水龄的计算结果基本一致,即南流江所携带的泥沙大部分沿廉州湾的西部及西南部流出湾外,而不会在深槽处发生堆积,有利于深槽的维持。
　　从海底冲淤的角度看,在潮流深槽区域,潮周期最大剪切应力远远大于深槽周围,深槽处于冲刷状态,泥沙不容易落淤,这是深槽维持的主要原因。计算结果表明,廉州湾潮流深槽在自然状态下以每年0.2~0.4cm的速度发生冲刷。
　　湾内填海造地工程会导致工程附近局部海域余流变化较大,造成工程局部泥沙冲刷,但如果设计合理,人工岛的存在仅会轻微削弱冲刷的程度,但不会改变潮流深槽的冲刷状态。

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目录

1 概述

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状和发展动态

1.3 本文的工作

2 研究区域概况

2.1 环境概况

3 廉州湾水动力数值模拟

3.1 数值模型简介

3.2 广西沿岸海域潮汐、潮流模型

3.3 廉州湾海域潮汐、潮流模型

3.4 水龄计算模型

4 廉州湾潮流深槽维持的动力机制研究

4.1 潮流深槽区域的物质输运特征

4.2 水龄的数值研究

4.3 质点追踪方法

4.4 泥沙输运场的数值研究

4.5 本章小结

5 廉州湾潮流深槽的演变趋势分析

5.1 廉州湾内填海造地方案

5.2 填海造地对廉州湾深槽影响的数值研究

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

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