【摘要】：本文使用無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格三維有限體積海洋模式FVCOM,建立了適用于膠州灣的三維正壓高分辨率數(shù)值模型。通過觀測(cè)與模擬資料的對(duì)比,驗(yàn)證了所建立模型的合理性。基于建立的模型,對(duì)膠州灣的潮汐潮流進(jìn)行了精確的數(shù)值模擬,通過示蹤試驗(yàn)探討了膠州灣水交換的影響因素及特征,并基于膠州灣跨海大橋的實(shí)際橋長(zhǎng)、橋墩數(shù)目和空間分布及橋墩的直徑參數(shù)等調(diào)研數(shù)據(jù),生成含大橋的高分辨率網(wǎng)格,對(duì)比研究膠州灣大橋建橋前后的水動(dòng)力特征。主要得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：(1)研究了膠州灣的潮汐、潮流以及余流特性。模擬結(jié)果顯示,潮流呈往復(fù)流特征。余流受到復(fù)雜地形作用,在灣口附近形成多渦旋結(jié)構(gòu)。斯托克斯漂移的值比歐拉余流小一到兩個(gè)量級(jí),拉格朗日余流與歐拉余流基本一致。(2)利用斷面的流量積分計(jì)算結(jié)果表明,海面起伏對(duì)納潮量的影響最大可略大于1%,不可忽略：大潮時(shí)期的納潮量為小潮時(shí)期的2-3倍；納潮量春季最低,冬季其次,夏秋季較高。利用研究計(jì)算區(qū)域的水深及海面起伏計(jì)算的納潮量的值較利用斷面流量積分的結(jié)果普遍偏大,但季節(jié)變化的趨勢(shì)兩種方法基本一致。(3)膠州灣內(nèi)不同子區(qū)域的水交換能力以及穩(wěn)定時(shí)間均不同,灣西側(cè)水交換能力較強(qiáng),但達(dá)到穩(wěn)定較慢：灣口水交換達(dá)到穩(wěn)定較快,但質(zhì)點(diǎn)容易被黃島北部的渦旋對(duì)(余流渦)捕獲,水交換能力偏低;灣東北部區(qū)域水交換能力弱,且主要通過灣東部沿岸區(qū)域與灣外發(fā)生水交換。漲潮期間放置示蹤粒子穩(wěn)定時(shí)間較短,落潮期間放置示蹤粒子穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)。(4)大橋的建立后,橋的阻隔作用使落潮流在整個(gè)灣內(nèi)除橋墩附近極小部分區(qū)域外堆積,水位最大增加1.5cm,且跨海大橋的北側(cè)的增加量大于橋南側(cè),橋北側(cè)以西北部與東北部的增加值最大。同樣,橋的阻尼作用使?jié)q潮流在灣內(nèi)水位減小,該變化主要集中在橋北側(cè)(尤其是西北部和東北部)。大橋的建立使大橋附近的余流明顯加強(qiáng),對(duì)灣口的四個(gè)強(qiáng)渦旋的大小和結(jié)構(gòu)均沒有明顯影響。在大橋西段,橋南北兩側(cè)的余流強(qiáng)度均有所加強(qiáng)；大橋中段,南側(cè)的余流強(qiáng)度基本沒有變化,北側(cè)明顯減小；大橋東段,南側(cè)的余流強(qiáng)度明顯增強(qiáng),北側(cè)減小。膠州灣大橋的建立使得膠州灣內(nèi)的納潮量無論是在大小潮期間還是平均值均有所減小。(5)跨海大橋?qū)Τ绷鞯挠绊懼饕性跇蚨崭浇鼌^(qū)域。對(duì)于大沽河航道橋附近海域,加入大橋后,潮流經(jīng)過大橋前,流場(chǎng)基本不變,經(jīng)過大橋后,橋墩后的流場(chǎng)明顯減弱。另外,在該研究區(qū)域小橋墩對(duì)潮流的影響程度及范圍均明顯小于大橋墩,即橋墩對(duì)潮流的影響情況與橋墩的尺寸以及橋墩之間的距離有直接關(guān)系。對(duì)于橋墩種類更多,更為密集,構(gòu)造更為復(fù)雜的紅島互通立交橋附近海域,橋?qū)Τ绷鞯挠绊懜鼮閺?fù)雜。橋墩為矩形而非對(duì)稱的圓形,其對(duì)潮流的影響情況與潮流經(jīng)過橋墩時(shí)與橋墩的角度有直接關(guān)系,且潮流要連續(xù)經(jīng)過多個(gè)橋墩,故橋?qū)Τ绷鞯挠绊懯侵T多橋墩共同作用的結(jié)果。潮流第一次經(jīng)過橋墩時(shí),橋墩之間的流速明顯增大,橋墩后流速減弱,經(jīng)過后,流速整體減小,故再次經(jīng)過橋墩時(shí),橋墩后的流速再次減小,橋墩之間的流速較經(jīng)過前增加,但較無橋時(shí)微弱減小�？绾４髽虻慕�(duì)灣內(nèi)不同區(qū)域的水交換能力影響不同,橋西北部海域的水交換能力明顯減弱,而橋東北部海域的水交換能力加強(qiáng),灣中心以及灣口附近的水交換變化能力變化不大。(6)膠州灣海域的水溫具有明顯的季節(jié)差異,且基本隨太陽輻射變化。膠州灣灣口之外的水域,等溫線整體呈現(xiàn)東北一西南走向,海水溫度年際變化較��；灣內(nèi)的等溫線分布,多平行于等深線,在灣口及灣中央較小,沿岸海區(qū)較大。
[Abstract]:In this paper, a three-dimensional finite volume ocean model FVCOM with unstructured grid is used to establish a three-dimensional positive pressure high resolution numerical model for Jiaozhou Bay. Through the comparison of the observed and simulated data, the rationality of the model is verified. Based on the established model, the tidal currents in the Jiaozhou Bay are numerically simulated and the tracer test is carried out. The factors and characteristics of the water exchange in Jiaozhou Bay are examined. Based on the actual bridge length, the number of piers and the spatial distribution of the bridge pier and the diameter parameters of the pier in Jiaozhou Bay Bridge, the high resolution grid containing the bridge is generated, and the hydrodynamic characteristics of the bridge before and after the construction of the Jiaozhou Bay Bridge are compared. The main conclusions are as follows: (1) The tide, tidal current and residual current characteristics of Jiaozhou Bay are studied. The simulation results show that the tidal current is characterized by reciprocating flow. The residual current is subjected to complex topography, forming a multi vortex structure near the mouth of the bay. The value of Stokes drift is two orders of magnitude smaller than Euler's residual current, and Lagrange's residual current is basically the same as Eulerian residual current. (2) the flow product of the cross section is used. The results show that the maximum influence of the sea surface fluctuation on the tidal volume can be greater than 1%, which can not be ignored: the tidal volume of the tide period is 2-3 times that of the small tide period, the tidal volume is the lowest in spring, the second in winter and the higher in summer and autumn. The results are generally large, but the two methods of seasonal variation are basically the same. (3) the water exchange capacity and stability time of different subregions in Jiaozhou Bay are different, the water exchange ability of the west side of the bay is stronger, but the stability is relatively slow: the water exchange of the Bay mouth is stable and fast, but the quality point is easily captured by the vortex in northern Huangdao (Yu Liuwo) and water exchange. The capacity is low; the water exchange capacity of the northeast part of the bay is weak, and the water exchange is mainly through the coastal area of the east of the Bay and outside the bay. The stable time of the tracer particles is relatively short during the flood tide, and the stable time of the tracer particles is placed for a long time during the ebb tide. (4) after the establishment of the bridge, the bridge's barrier effect makes the tidal current very little near the bridge pier in the whole bay. The maximum increase of water level is 1.5cm, and the increase of the north side of the bridge is greater than that of the south side of the bridge. The north side of the bridge has the largest increase in the north-west and northeastern part. Similarly, the damping effect of the bridge reduces the water level in the bay. This change is mainly concentrated on the north side of the bridge (especially in the northwest and northeast). The bridge is built to make the bridge. The residual current in the vicinity of the bridge has no obvious influence on the size and structure of the four strong vortices in the bay mouth. In the west section of the bridge, the strength of the residual current in the north and south sides of the bridge has been strengthened; the residual current intensity of the middle section of the bridge is basically unchanged and the north side obviously decreases; the residual current intensity in the east section of the bridge is obviously enhanced and the north side decreases in Jiaozhou. The establishment of the bay bridge makes the tidal volume of the Jiaozhou Bay decrease in both the size and the average. (5) the influence of the cross sea bridge on the tidal current is mainly concentrated in the vicinity of the bridge pier. For the sea area near the Dagu river channel bridge, the flow field is basically unchanged after the bridge is passed through the bridge. After the bridge, the flow after the bridge is passed. The impact of the piers on the tide is obviously smaller than that of the bridge pier, that is, the influence of the pier on the tide is directly related to the size of the pier and the distance between the piers. The influence of the pier is a rectangular and asymmetrical circle. The influence of the bridge to the tide is directly related to the angle of the pier when the tide passes through the pier, and the tide must pass through a number of piers continuously, so the effect of the bridge on the tide is the result of the joint action of many piers. When the flow velocity is obviously increased and the velocity of the pier decreases after the bridge pier, the flow velocity decreases as a whole, so the velocity of the pier decreases again when the pier passes through the pier again. The flow velocity between the piers increases before the bridge, but decreases slightly than that before the bridge. The water exchange capacity of the bridge in the different regions of the bay is different, and the water exchange in the northwest of the bridge is different. The ability of water exchange in the sea area of the northeast of the bridge was strengthened, and the water exchange ability of the Bay Center and the bay mouth changed little. (6) the water temperature in the Jiaozhou Bay area has obvious seasonal difference, and basically changes with the solar radiation. The isotherm in the waters outside the bay of Jiaozhou Bay shows the north-east north-west direction and the sea temperature as a whole. The interannual variability is relatively small, and the isotherms in the Bay are mostly parallel to the isthmus, smaller in the middle of the Bay and the Bay, and larger in the coastal waters.
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：P731.2

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本文編號(hào)：2161870