基于改进风场的舟山渔港风暴潮模拟

作     者：钟汕虹 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙志林

授予年度：2019年

学科分类：07[理学] 0707[理学-海洋科学] 

主      题：台风暴潮 风场模式 数值模拟 漫堤分析 渔港锚地 

摘      要：舟山渔港服务于世界著名的舟山渔场,港内渔船众多。自1951年至2018年,大约110场台风暴潮影响渔港,开展台风暴潮数值模拟对渔港防灾减灾具有重要意义。本文引入与风速成正比的海面阻力项修正了梯度风方程,根据台风剖面特征提出了一种新的气压公式,代入经修正的梯度风方程导出梯度风速公式,构建了一个新的风场模式。根据Holland、藤田-高桥与本文模式计算了气旋Joan、Tracy与Betty的气压和风速剖面,结合实测资料获得气压技术评分指标均达到0.99,而本文模式的风速技术评分指标达0.93～0.99,精度显著高于其他模式。利用Delft 3D建立了舟山渔港海域嵌套网格台风暴潮模型,据中国近海台风数据拟合得最大风速半径与中心气压的关系,嵌套风暴潮模型结合Holland与本文风场模式模拟了影响舟山9417、9711、0509和1211台风的风暴潮位,与实测资料对比发现本文模式具有更好的风暴潮模拟效果。根据影响舟山的台风资料,分5种来向共10条虚拟路径模拟了渔港台风暴潮,结果表明南侧登陆台风造成的风暴潮位高于北侧登陆,最高风暴潮位出现在SE-R-路径。SE-R-路径台风三种中心移速下,以慢速台风作用于港区的时间较长,风暴潮位最高。港区北岸海堤西端无法抵挡12级台风的风暴潮位,中部可抵挡17级台风风暴潮位,东端海堤防台能力约在12～15级。10条台风路径下,对港内渔船所受风流合力进行了计算,结果表明南侧登陆台风更易使渔船走锚,S-R-路径渔船受力最大,在14级台风作用下接近锚抓力25.28kN,此时停泊面积为3.04km2,15-17级台风时港内可停泊面积为0.55 km2。在SE与S方向共增设8条路径,计算了风暴潮位与风流合力。舟山渔港两端通海,SE-0.5R-路径风速加大了入港涨潮流,而与ESE渔港走向呈13°夹角利于水体滞留港区,造成的漫堤概率最大。S-0.5R-路径风向与渔港走向接近正交,渔船所受风流合力最大,走锚风险较高。小干岛西侧布置丁坝使17级台风作用时漫堤概率下降3.3%;小干岛东侧布置丁坝使14级台风作用下锚泊面积增加0.9km2,两者均可提高渔港防台能力。