杭州湾潮汐不对称数值模拟研究

本文利用ROMS三维模式模拟了长江口及浙江沿岸水域的潮汐状况,在与实测数据进行验证表明模拟结果可行的基础上,分析了四个主要分潮的传播特性,并着重分析了杭州湾内部的潮汐不对称特性及其可能成因,以及M_4倍潮对该不对称性的影响。本文选取杭州湾内部南、中、北不同位置的10个站点,统计对比了这些站点处大、小潮期间的涨落潮平均潮高、历时和流速,发现该处潮汐具有明显不对称性,主要表现为:高潮的日不等性大于低潮,尤其是大潮期间;涨潮历时小于落潮历时,且这种差异在北岸更明显;涨落潮流速则与空间位置有关,北岸涨潮流速大于落潮流速,涨潮流占优势,南岸则正好相反,中间海域两者较为接近。这样的不对称表现主要是由潮波运动过程中与地形相互作用形成的非线性过程引起的,如M_4倍潮的产生。研究还发现,M_4倍潮的产生使该处涨潮历时减少,落潮历时增加。     

广西沿海潮汐特征分析

利用最新潮汐模型FES2014提取广西沿海K_1、O_1、M_2和S_2等4个主要分潮调和常数,计算潮汐类型,并绘制广西沿海潮波图及潮汐类型分布图。结果表明:广西沿海潮波传播方向为西南向东北方向;潮汐类型以正规日潮为主;北部湾东北部为不正规日潮混合潮。根据北海、防城港、龙门港及钦州航道等4个重要验潮站的实测数据,采用最小二乘原理的调和分析方法得到4个验潮站的调和常数。根据调和常数计算潮汐特征值,结果表明4个验潮站潮汐类型均为正规日潮,这与模型分析结果是一致的。利用北海长期验潮站分析得到北海站设计高水位约为470 cm,设计低水位约为110 cm。通过潮波图与水下地形分布图的比较,表明广西沿海潮汐的形成与水下地形分布密切相关。     

高低潮位扩展至逐时潮位的插值方法比较

对我国近岸不同潮汐类型的高、低潮潮位数据,采用线性插值、Hermit插值、三次样条插值和三角函数插值等4种插值方法扩展到逐时数据,以潮汐表逐时数据做验证。从逐时数据误差分析、调和参数分析和工程水位(包括设计水位和乘潮水位)等角度对比各种插值方法的误差。结果表明,对于逐时数据误差,在北部湾的全日潮海区,各方法的误差均较大,而在其他海域Hermit插值方法最优,三角函数插值方法略差;对于调和参数和工程水位,Hermit插值和三角函数插值优于其他方法。     

防城港码头工程前后潮流场的数值模拟

基于双时间层的有限差分方法(ADI),建立了水深平均二维浅水潮流数学模型,采用逆风格式和追赶法求解二维浅水方程,在对模型进行潮位验证和潮流验证的基础上,对防城港码头工程实施前后的潮流场进行了数值模拟研究。研究表明:该工程建设不会减少湾内纳潮量,不会对海域水动力学条件产生较大影响,只会对码头附近产生较小影响。     

基于LSTM神经网络的潮位预报及分析

因潮位预报受风、浪、流等环境因素影响,传统的潮汐调和分析预报方法不能很好地预报潮位时间序列的复合特征,提出一种基于长短期记忆（Long Short Term Memory,LSTM）神经网络的潮位预报方法,并分别对TPXO 9全球潮汐模型模拟潮位的2021年6月逐分钟潮位数据、4个不同潮汐类型验潮站（日照、鲅鱼圈、三亚、北海）的2010年逐时实测数据进行训练、预报及精度验证。利用上述试验确认LSTM模型中隐藏神经元数目、初始学习率、迭代训练次数等网络层参数的最优选择分别为90、0.001、200。对4个验潮站进行潮位预报,结果表明：当训练数据量设置为数据样本总量的30%时,即可得到精度较高的预报结果,精度约为3～5 cm。采用LSTM神经网络方法进行潮位预报是有效且可靠的。     

某陆域形成工程水动力与泥沙冲淤影响数值分析

利用平面二维浅水潮波运动方程和连续方程,结合潮位站实测资料进行验证,得出较为符合实际的流场,对工程附近区域在工程后的水动力和泥沙冲淤影响进行分析。结果表明,工程完成后,对附近海域流场基本没有影响,影响范围仅限于工程周边区域。泥沙冲淤的影响范围为以围填区为中心向北2 km,向西1.2 km,向西南2 km的范围内,最大冲刷0.8 m,最大淤积3 m。     

开边界优化反演方法在渤海湾潮汐模型中的应用

开边界条件的确定是海域潮汐模型验证的主要难点之一。采用数据驱动模型和海域潮汐模型有机结合的开边界条件反演新方法,耦合反演渤海湾海域潮汐模型开边界条件,以实现潮波的精确数值模拟。数值模拟的M2,S2,K1调和常数与实测值的最大误差绝对值：K1振幅为4.37 cm,K1迟角为6.7°。数值结果验证了该方法对不同海域不同模型的工程适用性。     

鸭绿江河口潮汐及水沙输运特征研究

构建以鸭绿江河口为核心的大范围二维潮流泥沙数学模型,研究新边界条件下的大东水道水沙输运特征。结果表明,鸭绿江河口所在的海湾M2分潮等潮时线总体呈南北方向,潮流旋转方向为逆时针方向;潮波自河口外侧向西水道方向,M2分潮振幅逐渐增大,在庙沟港池附近达到最大,潮波浅水变形口外与西水道变幅可达20%;大东水道深槽水流强度明显较大,庙沟港池东南侧水域含沙量最大,自一港池附近水域向外海含沙量呈降低趋势;大东水道欧拉余流和斯托克斯漂流均向海,落潮单宽潮量及单宽输沙量大于涨潮,净潮量、净输沙量均向海,大东水道泥沙输运以大潮期为主,泥沙主要来源为西水道滩涂和大东水道东侧滩涂。     

福姜沙水道船舶交通流量与潮汐关系研究

基于两次现场观测,结合天生港潮位数据,对福姜沙水道船舶交通流特征进行分析。将福姜沙水道船舶交通流按上行和下行分别进行统计,研究发现,一个潮周期内上行船舶逐时变化特征与潮位基本同步,但船舶流数量增减先于潮位涨落1 h,船舶流高峰一般出现在高潮位之前;下行船舶逐时变化特征与潮位关系不明显,船舶流数量增减受潮位影响较小,船舶流高峰一般出现在落潮时段内;各断面上、下行船舶高峰小时流量均为平均小时流量的2～4倍,船舶流高峰期内航道繁忙程度剧增。研究成果可供福姜沙水道船舶航行安全和维护疏浚施工方案研究提供支撑。     

某船舶修造工程对附近水域影响数值分析

利用平面二维浅水潮波运动方程和连续方程,结合1个实测潮位站和4个实测潮流点资料进行验证,得出较为符合实际的流场对工程附近的流场、冲淤影响及COD引起的水质进行分析。结果表明:围填西南侧产生一流速增大区,围填及码头附近产生一流速减小区;冲淤平衡后最大淤积量为1.2 m,冲刷量在0.1～0.3 m;COD在正常和事故排放情况下,对附近敏感点不造成影响。