苏北沿海大丰海域潮流场数值模拟计算.pdf

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1、第43卷第19期人民长江V01．43．No．192012年10月YangtzeRiverOct．．2012文章编号：1001—4179(2012)19—0079—03苏北沿海大丰海域潮流场数值模拟计算王卫远，杨娟，何倩倩，赵建春(中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，浙江杭州310014)摘要：苏北辐射沙洲海域地形复杂，为了了解大丰海域潮流特征，采用MIKE21水动力模块建立了苏北辐射沙洲海域平面二维潮流数学模型，利用实测资料对大丰海域的潮位和潮流进行了验证。验证结果表明，模型计算值与实测值吻合较好，所建模型能够正确反映大丰海域的潮流特征。数值模拟结果表明，大丰海域的潮流动

2、力强劲，各区域流速较大，往复流特征明显。模拟结果为该海域的工程建设与环境保护提供了科学依据。关键词：辐射沙洲；MIKE21；数学模型；潮流；大丰海域中图法分类号：0242．1文献标志码：A苏北沿海特殊的潮波系统塑造了独特的海岸地OhOhu一——+一——+一：=hS(【1)，OtOxOy貌——辐射沙洲群。辐射沙洲群由7O多条沙脊组成，鱼兰+—Oh—u2+Ohvu南北长约200km，东西宽约90km，沙脊之间是大大小——+——十—一—：=厂，vh-一OtOxOy小的潮流通道，沟槽相间，地形复杂。大丰海域处于辐2g一一ghOpTsxTbx射沙洲群北部，西洋深槽宽约12～25km

3、，长约80km，+—一2pa。呈西北一东南走向，沟形顺直，向北汇人平涂洋，向南被条子泥北尖子分成东大港和西大港两支水道，东大p一(Ox+Oy)+旦Ox(、hL)+~Ox(hTx)+S港水道经条子泥和东沙之间汇人陈家坞槽水道；东沙(2)宽约6—12km，长约40km，面积近400km，最大高程2OhvOhuv0by————+———十———：r，五“一—约5．8m，是仅次于条子泥的第二大沙洲，其东侧是陈OtOxOy家坞槽水道，呈东北一西南向走向，向北}[人草米树g一～等+一Tby一洋，向南与西洋相汇于豆腐渣腰子⋯。随着海上风电和围垦等工作的逐步推进，未来大(+)+击()+(h

4、Tyy)+s丰海域将建设很多涉海工程。该海域地形复杂，潮流(3)强劲，借助于潮流数学模型，了解该海域的潮流场特征，能很好地弥补实测资料不足的问题，对于涉海工程式中，t表示时问；，Y为Cartesian坐标系；叼为水位；d为静水深；h为总水深，h=叼+d；五，分别为沿水深平的兴建具有重要意义。1二维潮流数学模型均的和Y方向上速度分量，：Jr：“出，=÷nJIvdz；f为科氏力参数，f=2,Osin~b，其中，为地球1．1控制方程—d采用MIKE21FlowModel—FMHD模块搭建二维白转角速率，咖为地理纬度；g为重力加速度；J9为水密潮流数学模型。该模型采用的潮流控制方

5、程为垂向平度；po为水的参考密度；fr为风应力分量；r¨r均的二维浅水方程：为底部应力分量；ss⋯ss为辐射应力分量；p为收稿日期：2012～09—15作者简介：王卫远，男，工程师，主要从事海洋工程数值模拟计算研究。E～mail：wangweiyuan008@126．COB80人民长江当地大气压；S为源汇项；“，为源汇项的水流速度分统和东海前进潮波系统共同控制，为了使计算海域的量；⋯，，T，为横向应力分量，T=2AOu，T：潮流场能够反映实际的潮流运动，模型的开边界根据oMIKE21全球潮汐模型提供的调和常数生成外海潮位T=(Ou+)，=2A，A为水平涡流粘度系过程。oy

6、aoy1．4．2初始条件数。本模型的初始条件可表示为1．2计算方法叩，Y，t){=770(，Y，t0)模型空间离散采用有限体积法，即将空间细分为M(，Y，f)l：cn=M0(，Y，t0)不重叠的小单元。在二维潮流数值模拟中，小单元的口(，Y，t)I⋯=0(，Y，t0)(4)形状有三角形和四边形，这种划分网格的方法称为非式中，叼。(，Y，t。)表示初始时刻潮位；“。(，Y，t。)和结构化网格生成技术。其优点是对边界的拟合程度较。(，Y，t。)表示初始时刻流速。计算时，初值均取零。好，还可以对局部区域进行加密处理。模型采用三角1．4．3干湿边界的处理形网格，并进行局部加密。采

7、用模型默认的干湿边界处理方法，即设置3个对于时间积分，模块有两种方法可以选择，分别是允许水深h=0．005ITI，hn¨0d=0．05m和h=0．1低阶算法(一阶显式欧拉法)和高阶算法(二阶龙格一m。当某个单元的水深小于h且没有淹没边界面，这库塔法)。在保证计算精度的情况下，选择低阶快速个单元将被当作干出边界，不参与计算；当某个单元的计算方法。水深介于和h。之间，或者水深小于hdn，但有淹没1．3计算范围及地形边界面，这个单元部分干出，其动量通量设置为零，而计算范围南北长约270．4km，东西宽约171．6质量通量参与计算；当