洋山及其邻近海域泥沙输运机制

作     者：施悦 

作者单位：上海海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：左军成

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 08[工学] 0707[理学-海洋科学] 081502[工学-水力学及河流动力学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：洋山海域 FVCOM 水动力 泥沙输运 

摘      要：洋山海域由于其独特的位置和自然地理条件,20世纪末被国家经讨论后纳了入重点港口工程规划建设,并产生了巨大的经济和社会效益,但与此同时随着港口工程建设,海域水动力环境发生改变,会在一定程度上影响泥沙输移和淤积规律,对这一现象进行研究分析可以为工程的规划设计提供理论依据,给港口航道建设提供一定价值参考,最大程度的减少涉海活动带来的负面影响,还有利于保护海洋环境等。因此为了研究该海域的水动力环境变化和由径流携带输运及背景悬沙综合作用下的形成的洋山海域泥沙分布及输运机制,本文基于非结构化不规则三角网格有限体积海洋数值模型(FVCOM)及其泥沙模块(FVCOM-SED),构建了一个大范围以大洋山为中心向外辐射包括长江口、杭州湾及附近海域(50m× 50m)的高分辨率三维水动力泥沙数值模型,通过实测资料对模型模拟数据进行可靠性验证后,系统的分析了洋山及邻近海域水动力环境时空规律特征及泥沙分布及输运机制,具有较强的实际意义。研究表明:(1)从洋山及邻近海域潮汐潮流特性看,洋山海域潮汐判别系数和潮流判别系数分别为为0.416和0.252,二者均小于0.5,从而根据判别公式得出该海域为正规半日潮类型和正规半日潮流类型;并且经计算洋山海域表层最大可能流速位于大小洋山之间的深水航道区域可达2.5 m/s,并向两岸递减。(2)从洋山及邻近海域水动力环境时空分布特征看,流速和能流密度分布较为一致,较大处均位于大洋山北部两岬角处,其中大洋山东北角处靠近深水航道区域的流速和流能最大。洋山海域涨急时刻流场变化的最大流速可达到1.6 m/s,涨潮潮流为S-E向,落急时刻流场的最大流速可达到1.2 m/s,落潮潮流N-W向;该海域潮流平均速度普遍超过0.4 m/s,最大平均速度可达0.9 m/s以上,最大流速均超过0.8 m/s,最大可超过2.2 m/s;该海域平均能流密度均能超过0.1 kw/m2,最大平均能流密度可超过0.7 kW/m2,最大能流密度均能超过1.0 kw/m2,最大能流密度可超过6 kw/m2。(3)从洋山及邻近海域泥沙分布及输运机制看,本文洋山海域泥质区泥沙结合主要来源于钱塘江径流入海径流携带泥沙及杭州湾浅滩泥沙的掀扬与输送;洋山海域泥沙沉降速率北侧和西侧与南侧和东侧海域相比而言数值更大,其原因可能是由于该海域的北侧和西侧受到长江、钱塘江径流及外海潮流共同作用;在大小潮运动过程中,南汇嘴附近泥沙输运的方向为西向,杭州湾附近泥沙输运的方向主要是以偏东向的向外海输运可以途径洋山海域,从而使得该海域的西侧存在一定的悬浮泥沙汇集堆积,使得该海域悬浮泥沙呈现西高东低的空间分布特征。