三十年来渤海湾波浪动力环境的变化

摘要

本文将SWAN海浪数值模型应用到渤海湾，针对近10年围填海工程对渤海湾岸线的改变，讨论了人类大工程对渤海湾风浪场的影响。大规模的围填海工程导致滨海天然湿地面积缩减，破坏其自然属性和生态环境，同时由于围填海工程直接改变了海湾水域面积和岸线长度，造成了波浪动力环境的变化。海浪与风的关系十分密切，风速、风向的改变都对海浪产生直接的影响，风时、风区的改变也会影响波浪的传播。针对近30年风场的变化，分析了风场自然变化对渤海湾风浪场的影响。
　　分别采用2000年和2010年的岸线计算了整个渤海，分析了渤海湾和几个重要围填海工程附近波浪场的变化。从整个渤海湾来说，围填海工程对波浪有效波高及周期影响的程度不大，工程建筑物存在后，有效波高呈减小趋势，周期几乎不变;波浪要素变化显著的区域主要在港口工程周边海域，港池和潮汐通道内的有效波高减小幅度较大。距港口区较远海域，波高变化不明显。
　　从4个港口工程的影响来说，曹妃甸工程海域有效波高减小的区域在工程建筑物东南方向海域的影响尺度不超过20 km，冬季西北风盛行下，曹妃甸工程东南海域有效波高减小20％比例的影响尺度在15km左右，夏季南风盛行，有效波高减小20％的影响尺度仅5km左右，曹妃甸工程东北海域约100km2的范围内有效波高减小程度较大。天津港由于地理位置的原因，其附近海域风浪较小，波浪要素变化不大，该工程对波浪场的影响较小。黄骅港海域受工程建筑形状和海区地形的双重影响，沿西北和东南向传播的风浪受港口工程的影响，工程东南侧有效波高减小幅度较大，有效波高减小比例在50％左右，受影响海域面积约100km2，夏季受南风影响，黄骅港海域北侧海域有效波高减小程度增加，影响尺度在2km左右。南港工程对波浪场的影响最小，可忽略不计。
　　采用NECP每天一次的风场做强迫，计算了30年渤海的波浪场，分析了渤海湾30年风浪场，研究结果表明，渤海湾30年的有效波高、周期等波浪要素变化不大，有效波高呈减小趋势，且有效波高和周期的变化趋势和风速的变化趋势基本一致，所以渤海湾海域风和浪有较好的对应关系。渤海湾有效波高冬季第一模态贡献率94.5％，呈增加趋势，而夏季第一模态贡献率85.3％，呈减小趋势。
　　从整个渤海湾来说，风场的自然变化导致的波浪场变化较围填海工程导致的波浪场变化明显，影响更大。对于工程建筑物尺度在7km之内的海域，围填海工程导致的波浪场变化较风场的自然变化导致的波浪场变化明显，影响更大。对围填海工程影响波浪场来说，建筑物的位置和建筑物走向对周围海域波浪场的影响是较大的。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 背景及研究目的意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究目的

1．1．3 研究意义

1．2 研究现状及发展趋势

1．2．1 渤海及渤海湾波浪场

1．2．2 岸线变化研究进展

1．2．3 海浪数值模型综述

1．2．4 SWAN模型的应用现状

1．3 本文的主要工作

2 SWAN模型介绍

2．1 模型简介

2．2 基本控制方程

2．3 物理过程处理

2．3．1 风输入项

2．3．2 能量耗散项

2．3．3 非线性相互作用

2．3．4 数值方法

2．3．5 初值问题

2．3．6 边界条件

3 模型设置和基本结果分析

3．1 计算区域和模型设置

3．2 渤海湾风浪场的季节变化

4 围海造港工程对渤海湾波浪要素的影响

4．1 曹妃甸海域波浪场的变化

4．2 天津港海域波浪场的变化

4．3 黄骅港附近海域波浪场变化

4．4 南港附近海域波浪场变化

5 渤海湾30年风浪场变化

5．1 渤海湾30年风场变化

5．2 渤海湾30年风浪场变化

5．2．1 渤海湾30年波浪要素统计特性

5．2．2 渤海湾30年波浪要素变化特征分析

5．3 人类因素和自然因素引起波浪场变化的比较

6 结论

7 展望

参考文献

9 论文发表情况

致谢