深水航道工程对长江口波浪影响研究及多年一遇波浪要素计算

摘要

长江口水域有着众多的船舶港口和航道工程，为沿海城市尤其是上海的经济建设提供了极大的便利，也是流域诸省的唯一出海通道。然而，长江口水域又是灾害性波浪频发区域，强风产生的巨浪将直接响到各类海洋工程以及人们生命财产的安全，同时长江口航道的通畅与否也左右着当地的航运经济，进而影响长三角地区的经济发展。
　　长江口附近海域水深较浅，滩槽交错，水动力环境复杂。波浪从外海向长江口及邻近海域传播的过程中，受复杂地形和水深影响，将发生折射、绕射、破碎、反射等一系列近岸变化。而其作为中等强潮河口，波浪在向内传播时受到潮汐、潮流的干扰比较明显。此外，随着海洋工程规模的扩大，特别是在考虑冷空气和台风等灾害性天气情况时，利用布设站点进行现场观测所获得的单站波浪信息已难以满足工程设计需求。而利用海浪预报模型 SWAN，在保证精度的条件下，能很好的模拟长江口的波浪场和要素分布。
　　本文旨在基于WRF风场、波浪实测数据，构建适合于长江口的波浪数值模型。通过东中国海-——长江口的网格嵌套，在模型模拟精度满足的情况下，对有无航道工程及在不同天文潮下的情况进行模拟。长江口主要受到E向、SE向、NE向风的影响。有航道影响时，由于E向风的作用下，有效波高会明显减小，波向在航道内较外海明显北偏，航道南北侧波向平行于工程工事；SE向风时，有效波高较E向风减小的多，波向在航道内不发生北偏，但北侧不平行与工程工事。NE向风时，有效波高较E向、SE向风作用时减小更多，波向在航道内也不发生北偏且南北侧不平行于工程工事。在不同风向的风作用下，波浪由外海向近岸转播至航道后，越向近岸有效波高逐渐减小，航道两侧有效波高差异明显。不同天文潮下，有效波高差异明显，波向却相差不大。
　　对长江口在冷空气过程下，在不加入流场与水位的条件、只加入水位条件、只加入流场条件和综合水位和流场的条件等4中情形下进行模拟，第一种情况下，即在不考虑水位和流场的情况下，有效波高在风速影响下变化较大，波周期和波向在风速突变的情况下，变化较小。第二种情形下，即只考虑水位的情况下，模型计算结果普遍高于实测值，说明该点水位对有效波高的影响很大，波高和周期都具有周期性的变化。第三种情形下，即只考虑流场的情况下，在冷空气前期，流场使的效波高不断增大。在中期时，流场又使的有效波高略微降低。第四种情形下，即综合考虑水位和流场的情况下，冷空气中期时，只考虑水位时模型计算结果是高于实测值的，而单独考虑流场时模型小于实测，两者相互平衡；但是由于该点水位对波高的影响相对较大，所以综合考虑水位和流场影响时，波高是增大的，波高和周期的变化规律相同。
　　通过不同重现期的参数计算得出长江口近海海域不同重现期极值波高和波高频率分布图以及不同浪向的玫瑰图，根据风险评估导则公式计算并划出长江口的危险性等级图。

目录

声明

1引言

1.1研究意义

1.2研究现状

1.3本文研究内容

2长江口基本概况和要素特征统计分析

2.1长江口基本概况

2.2特征

3浪流耦合数值模型建立

3.1模型简介

3.2网格与模型

3.3率定与验证

4深水航道工程对波浪场的影响

4.1E向风作用下波要素分布

4.2SE向风作用下波要素分布

4.3NE向风作用下波要素分布

4.4小结

5浪流耦合对长江口波浪的影响

6不同重现期波浪参数计算

6.1站点验证及分析站点选择

6.2多年一遇重现期波高分析

6.3波高频率分布

6.4海浪玫瑰图

6.5危险性等级区划

6.6小结

7结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢