【摘要】：象山港作為浙江省最大的水產(chǎn)養(yǎng)殖基地，其海洋環(huán)境狀況受到大家的普遍重視，而對環(huán)流結(jié)構(gòu)及動力機制的清晰認識是研究該海域環(huán)境問題的基礎。象山港周圍被低山丘陵所環(huán)繞，河流源近流短，故而風和徑流對海灣環(huán)流的貢獻微弱。因此，屬于強潮海灣的象山港，潮致余流是該海域環(huán)流的主要分量。然而受制于人們對潮致余流的認知水平，目前拉格朗日和歐拉時均意義的余流概念并存。為了探究何種時均意義下的潮致余流才能表征象山港的輸運結(jié)構(gòu)，本文利用數(shù)值模型分別模擬了該海域的拉格朗日和歐拉余流結(jié)構(gòu)。通過與該海域鹽度分布的對比肯定了拉格朗日潮致余流在象山港的輸運作用，不僅為海灣環(huán)境保護提供了參考，具有切實的應用意義，同時也豐富和完善了人們對潮致余流的認識，具有重要的科學意義。 為增進對象山港水動力場的了解，更為保證模型底摩擦參數(shù)化的精確性，研究組先后四次在象山港進行原位觀測，取得了潮位、潮流資料。實測資料顯示，象山港潮是半日潮波，且具有兩個明顯特征：其一潮位不對稱性質(zhì)沿海灣發(fā)生反轉(zhuǎn)，由灣口的漲潮歷時短變?yōu)闉稠數(shù)臐q潮歷時長；其二盡管內(nèi)灣潮波變形劇烈，但漲、落潮流的峰值卻大致相當，且漲潮流存在一大一小兩個峰值而落潮流只有一個峰值�；趯崪y資料建立起的一維潮波動力方程顯示象山港潮波主要為壓強梯度力項和局地加速度項平衡，壓強梯度力是驅(qū)動潮流形成單、雙峰結(jié)構(gòu)的主要原因。利用實測資料，本文分別通過潮波動力方程和湍流邊界層理論得到了底拖曳系數(shù)，量值為0.81×10-3和0.17×10-3,皆小于東中國海其他海域的研究結(jié)果，這可能是該海域布滿細顆粒沉積物的結(jié)果。盡管兩種方法得到的底拖曳系處于同一量級，但其具體量值有明顯差別，究其原因是因為后者僅代表界面阻力，而前者還包含海域形狀阻力的貢獻。象山港岸線曲折，底形復雜，數(shù)值模型須充分考慮海灣形狀阻力的作用。 以實測結(jié)果為模型底應力參數(shù)化方案的參考，以OTPS預報的水位數(shù)據(jù)為開邊界條件，本文建立起高分辨率的象山港FVCOM模型。通過與實測資料以及前人結(jié)果的對比，模型很好的再現(xiàn)了象山港潮波的主要特征，在潮位、潮流模擬方面具有相當?shù)木�，可以用來研究該海域的潮不對稱機制以及潮致余流場結(jié)構(gòu)。 本文首先利用該模型討論了引起象山港潮不對稱的各個非線性機制具體作用。數(shù)值結(jié)果顯示引起象山港潮不對稱的非線性機制可以分為具有相反作用的兩類：一類是淺水非線性和對流非線性，它們?nèi)菀自斐蓾q潮歷時短的不對稱；另一類是潮周期內(nèi)海灣寬度的變化，它則容易造成漲潮歷時長的不對稱。淺水非線性以及對流非線性在灣口處占主導地位，而在內(nèi)灣處，潮灘所引起的海灣寬度的變化則更重要，從而造成潮不對稱性質(zhì)沿海灣的反轉(zhuǎn)。這兩類非線性機制產(chǎn)生的倍潮異位相，其效果可相互抵消。底摩擦的非線性作用對象山港的潮不對稱貢獻不大，其耗散作用則可使?jié)q潮歷時縮短。 再次，本文利用該模型討論了象山港的潮致余流輸運結(jié)構(gòu)。模式分別采用粒子追蹤方法和潮流定點周期平均的方式得到了象山港拉格朗日和歐拉潮致余流結(jié)構(gòu)，二者存在顯著不同。象山港外灣拉格朗日余流場可大致分為東西兩支，這兩支余流貫通南北，連接灣外南北海域。歐拉余流場則以“多渦”結(jié)構(gòu)為主，南北海域不能通過余流相連通。歐拉余流在牛鼻水道斷面流向多次交錯，而拉格朗日余流則比較規(guī)律，呈現(xiàn)出東側(cè)入流西側(cè)出流的結(jié)構(gòu)，與實測鹽度斷面相吻合，說明拉格朗日余流才是造成象山港鹽度分布的基本動力機制。而且斷面統(tǒng)計的流量凈通量顯示拉格朗日余流可以保證物質(zhì)守恒性而歐拉余流則不能。故而拉格朗日余流才能真正代表潮致余流在象山港的輸運作用。 象山港外灣拉格朗日余流結(jié)構(gòu)與地形有密切關(guān)系，在牛鼻水道為東側(cè)深溝入流西側(cè)深溝出流的結(jié)構(gòu)，而在佛渡水道則為“深入淺出”的結(jié)構(gòu)。非線性機制中的對流項對形成此種環(huán)流結(jié)構(gòu)貢獻最大，而二次底摩擦、淺水非線性以及海灣寬度變化所引入的非線性則對此結(jié)構(gòu)影響不大。底摩擦的耗散作用對環(huán)流結(jié)構(gòu)也有明顯影響，較強的底摩擦可促進牛鼻水道兩岸的水交換。
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：P731.2
【圖文】：

圖 1-1 象山港區(qū)域地形圖其中紅色區(qū)域為潮灘，而左上角子圖則標示了象山港在東中國海的位置�！吨袊持尽罚�1992）給出了象山港基本的潮汐潮流特征：象山港的潮振動是太平洋潮波傳入東海后所引起的諧振動，它是典型的半日潮港，除口門外的錢倉站外，淺水分潮均十分顯著；象山港潮差較大，自口門至灣頂增長明顯；海灣中潮不對稱現(xiàn)象明顯，漲潮歷時大于落潮歷時，且越往灣內(nèi)漲潮歷時越長。對于該海域潮不對稱的現(xiàn)象，研究者做了大量工作探討其潮波變形機制及控制因子。蔡偉章等（1985）通過分析實測流速資料，認為該海域潮不對稱現(xiàn)象的產(chǎn)生是受 1/4 日分潮共振和灣內(nèi)大面積潮灘的共同影響。但浙江沿岸的幾個主要河口和海灣都存在大片潮灘，象山港內(nèi)的潮灘面積或面積比例均不是最大的，但其潮不對稱卻是最激烈的（Gao 等，1990；陳耕心和許衛(wèi)憶，1992），因此也有學者認為象山港的潮波變形可能受其他因素的控制。董禮先和蘇紀蘭（1999a）

圖2-1 ADCP以beam坐標記錄流速示意圖“方差法”是基于雷諾應力的定義，利用ADCP以beam坐標系記錄的原始流速bi（i=1,2,3,4）經(jīng)過一系列的數(shù)學運算最終得到該湍流參量的方法。根據(jù)ADCP的方向角即Heading（φ1）、和姿態(tài)角即Pitch（φ2）和Roll（φ3），以及四beam與儀器中心軸（即z方向）夾角θ（本文為20°），可得beam坐標系下記錄的原始流速bi（即沿beam方向的流速）與笛卡爾坐標系下ui，vi和wi（i=1,2,3,4）的轉(zhuǎn)換關(guān)系1 1 3 1 3 1 2b -u (sin cos ) - w (cos - sin ) v cos (2.3)2 2 3 2 3 2 2b u (sin - cos ) - w (cos + sin ) v cos (2.4)3 3 2 3 2 3 3b -v (sin - cos ) - w (cos + sin )-u cos (2.5)b -v (sin + cos ) - w (cos - sin )-u cos

242.2. 觀測方案的具體實施以及象山港的潮汐、潮流特征圖2-2 觀測站位分布三角形（B1-B3）代表同時觀測潮位和潮流的站位，而方形（D1-D2）則為只有潮位觀測的站位,星形站位（A3-A5,A1-A2）所標示斷面為董禮先和蘇紀蘭（2000a）的觀測位置。圖中虛線所示為本文圖 4-4 中斷面所在位置，而左上角的子圖則表示象山港在東海中的位置。為了測得潮動力平衡方程中的各項以及該海域高頻湍流脈動數(shù)據(jù)，研究組沿海灣主軸（圖2-2中B1、B2和B3站）布放三個海床基平臺（圖2-3），其中B3站的設計站位位于航道之上，實際布放位置更偏向岸邊，但該處海灣寬度不足5 km，主軸、岸邊處水位差別微小，對壓強梯度的計算影響不大。坐底平臺上配備RDI WH600kHz ADCP一臺

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王平;陳偉斌;鄒文峰;袁帥;陳元;宋麗娜;;象山港潮余流結(jié)構(gòu)及水體半交換時間數(shù)值研究[J];海洋環(huán)境科學;2018年01期

2 韓松林;梁書秀;孫昭晨;;狹長海灣象山港三維污染物運移特征的數(shù)值模擬[J];海洋通報;2014年05期

相關(guān)會議論文 前1條

1 李莉;方彤瑤;管衛(wèi)兵;趙西增;;象山港潮灘減少對其潮汐的影響[A];第十七屆中國海洋（岸）工程學術(shù)討論會論文集（下）[C];2015年

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 趙旭東;基于GPU加速的三維水動力數(shù)值模型及應用研究[D];大連理工大學;2017年

2 韓松林;象山港物質(zhì)輸運特性的描述方法及相關(guān)問題研究[D];大連理工大學;2015年

相關(guān)碩士學位論文 前4條

1 張曉寧;河口余流場的數(shù)值模擬研究[D];天津大學;2017年

2 陳洪波;消波減流及捕能柔性防護堤系統(tǒng)研究[D];浙江大學;2017年

3 魯友鵬;地形變化對寧波海域水動力影響累積效應分析[D];大連理工大學;2014年

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本文編號：2758444