本文關(guān)鍵詞：基于SWAN模型的渤海波浪特性及水交換研究　出處：《天津大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：波浪是海洋中最重要的動(dòng)力要素之一,海工結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)和建設(shè)需要深入認(rèn)識(shí)工程區(qū)域的波浪特性;在近岸海域,變形和破碎的波浪與潮流相互作用會(huì)形成復(fù)雜的近岸流,這些近岸流不僅對(duì)水體交換和泥沙運(yùn)動(dòng)有著重要的影響,而且還會(huì)影響近岸海域的物質(zhì)輸運(yùn)和地形地貌。目前在渤海,尤其是渤海灣沿岸,正在大規(guī)模地興建海岸工程,因此深入研究這一區(qū)域的波浪特性及波浪對(duì)近岸海域水交換的影響對(duì)于工程建設(shè)及明晰工程對(duì)海區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響都是相當(dāng)必要的。本文首先建立了渤海的波、流場(chǎng)計(jì)算模型——基于淺水長(zhǎng)波方程的潮流場(chǎng)計(jì)算模型、基于波作用量守恒的SWAN(Simulating Waves Nearshore)波浪模型、以及基于輻射應(yīng)力概念的波流耦合的近岸流數(shù)學(xué)模型。對(duì)影響SWAN模型結(jié)果的各因素進(jìn)行深入分析,在此基礎(chǔ)上,根據(jù)分布在整個(gè)渤海區(qū)域不同站點(diǎn)的短期和長(zhǎng)期的實(shí)測(cè)風(fēng)場(chǎng)和波浪場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了系統(tǒng)的校準(zhǔn),獲得了適用于整個(gè)渤海的模型參數(shù)。校準(zhǔn)后SWAN模型的模擬結(jié)果,無論是在空間范圍,還是時(shí)間范圍上,都與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)符合良好。采用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了波流耦合模型,模型結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合良好。然后,利用經(jīng)過修正后的ECMWF風(fēng)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)校準(zhǔn)后的SWAN模型對(duì)渤海區(qū)域長(zhǎng)達(dá)20年的波浪場(chǎng)進(jìn)行了模擬,并根據(jù)模擬結(jié)果分析了渤海的波浪特性。結(jié)果表明:本研究得出的波高和周期的空間及季節(jié)分布規(guī)律與已有的研究結(jié)果是一致的,但本研究與已有的研究得出渤海某些區(qū)域的波高存在不同程度的差異——三大海灣的波高差0.1米,渤海中部和渤海海峽的波高差值約0.01-0.1米。再次,將基于隨機(jī)游動(dòng)方法的粒子跟蹤模型與駐留時(shí)間、曝光時(shí)間及返回系數(shù)等水交換的特征時(shí)間尺度相結(jié)合,構(gòu)建了適合于大面積海域整體和局部水交換特性分析的水交換模型。對(duì)渤海灣內(nèi)粒子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了連續(xù)三年的模擬,通過對(duì)特征時(shí)間尺度和余流場(chǎng)的統(tǒng)計(jì),分析了渤海灣的水交換特性及波浪對(duì)其的影響。結(jié)果表明:渤海灣的整體水交換較弱,波浪對(duì)渤海灣的水交換有一定程度的影響;波浪對(duì)水交換的影響在近岸區(qū)域比較顯著;不同區(qū)域水體對(duì)整個(gè)渤海灣的水交換貢獻(xiàn)有顯著差異。最后,結(jié)合渤海灣近年來已建和在建的圍填海工程,分析了圍填海工程對(duì)渤海灣水交換特性的影響。結(jié)果表明:圍填海導(dǎo)致整個(gè)渤海灣水體的半交換周期有一定程度的縮短;圍填海對(duì)整個(gè)渤海灣沿岸區(qū)域的水交換都有比較顯著的影響,而不局限于工程區(qū)域附近;不同區(qū)域的水交換受圍填海影響的程度存在著差異。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：P731.22;U652.3
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本文編號(hào)：1319644