多岛屿深水弯曲航道三维潮流动力特性研究

摘要

舟山螺头水道位于舟山群岛中部，介于大猫山、摘箬山岛、大榭岛、穿山半岛之间，基本呈东西走向，西北部与金塘水道、册子水道相连，东南部与普沈水道、福利门水道相连，长约17km，宽约4.5 km，最窄处约1.6 km，水深介于35-116m之间，是宁波-舟山港核心港区重要航道，同时也是杭州湾与外海的主要潮汐通道之一。由于螺头水道与册子水道、佛渡门水道、清滋门、北水道、盘峙南、螺头门等十几条纵横交错的水道相连，岛屿众多，岸线复杂，地形变化剧烈，水流三维流态不易掌握，使该深水弯曲航道潮流动力特性与杭州湾及其浙江省其他海区有较大区别，因此研究该海域螺头水道潮流动力特性具有重要意义。
　　本研究首先基于冬、夏季船载ADCP、CTD剖面及定点底座ADCP、CTD对深水弯曲航道-螺头水道进行了2条航线和1个监测点同步观测，获得了大潮、小潮时的流速、盐度、温度、潮位等数据资料;同时，建立了包括杭州湾、舟山群岛、长江口、部分东海海域的高分辨率、高精度三维潮流数值模型，以研究复杂岸线和地形对螺头水道三维潮流动力特性的影响。
　　通过基于实测资料和数值模型来研究舟山螺头水道三维潮流动力特性，本文主要研究成果及结论如下：
　　第一，实测资料研究结果表明:无论大潮小潮在深水主航道的垂直方向上均存在温度和盐度梯度，水体存在一定的分层现象。由于科氏力与离心力的共同作用，涨潮时，强潮流速出现在螺头水道北岸;落潮时，强潮流速出现在螺头水道南岸，潮流受岸线的影响呈现非对称性。涨潮时，进入螺头水道海域盐水密度较大，底层潮流流速大于表层潮流流速;落潮时，来自杭州湾水体密度较小，表层流速大于底层流速;盐度、温度的小波分析频率为M2分潮频率与更高频率的组合，说明盐度、温度可能受潮流、余流场及其他作用的影响。
　　第二，数值模拟研究结果表明:螺头水道水深变化显著和周围岸线弯曲造成涨、落潮流通道不一致，涨潮时，螺头水道北岸潮流占优，落潮时，螺头水道南岸潮流占优;垂向上流速分布不均，在底层，水流更多地被约束在螺头水道深槽中，流速较小;在表层，潮流流速较大，且分布更广。通过对螺头水道不同位置横断面流速分布图进行分析可知，在曲率较大航道横断面上，存在一定的断面环流现象，由于此处岸线曲折，曲率较大，涨、落潮通道不一致和潮汐不对称性使得横断面方向存在正压梯度力，再加上科氏力作用造成横向环流现象。
　　第三，舟山群岛海域余流流速较大，且分布不均匀，而无岛屿区域余流流速相对较小，说明岛屿、岸线、地形对潮波非线性变化的影响较大。螺头水道海域的表、中、底层均存在一个较大的逆时针环余流现象;螺头水道海域余流漩涡区分布较多，其值约为0.62 m/s，螺头水道海域北岸余流场为涨潮流占优，方向为从外海指向河口，而水道南岸余流场为落潮流占优，方向为从河口指向外海。

目录

声明

致谢

摘要

1 前言

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究工作

2 三维非结构网格潮流数值模型

2．1 FVCOM模式简介

2．2 模型控制方程

2．3 σ坐标系模型定解条件

2．4 非结构网格及离散方法

2．5 本章小结

3 舟山螺头水道潮流动力特性实测资料分析

3．1 舟山群岛状况

3．2 现场观测路线规划

3．3 实测结果分析

3．4 本章小结

4 舟山螺头水道潮流动力特性数值模拟分析

4．1 计算区域及网格划分

4．2 模型设置

4．3 模型验证

4．4 计算结果分析

4．5 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历