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1、中國海洋大學碩士學位論文羅源灣圍墾前后水動力環(huán)境的變化研究姓名：李真申請學位級別：碩士專業(yè)：物理海洋指導教師：鮑獻文20090601羅源灣圍墾前后水動力環(huán)境變化的影響研究摘要羅源灣是福建省的六大深水港灣之一，位于福建省東北部沿海，屬窄口型海灣，僅在東北角有一與外海連通的唯一渠道——可門水道。灣內(nèi)有大片的灘涂淺海，同時又地處閩浙丘陵地帶，土地資源不足，從上個世紀六十年代就開始了圍海造田活動，圍墾給地方帶來巨大經(jīng)濟利益的同時也帶來了很多負面效應(yīng)，近年來，羅源灣內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量逐步下降，水動力環(huán)境改變，納潮量減小，海水自凈能力下降等，這些環(huán)境問題為將來地方經(jīng)濟
2、的和諧持續(xù)發(fā)展埋下了隱患。本文針對羅源灣內(nèi)地形復雜，岸線曲折，并有大面積的灘涂存在的特性，使用三維水動力模型FVCOM對其進行數(shù)值模擬。由于FVCOM模式采用的是有限體積法，無結(jié)構(gòu)化三角形網(wǎng)格系統(tǒng)，同時其干濕網(wǎng)格處理方法可以很好地解決灘涂的“淹”和“露"的問題，因而本文使用該模式建立羅源灣海域的水動力模型，并用實測資料驗證以確保其準確性。首先模擬了現(xiàn)狀下羅源灣內(nèi)的水動力環(huán)境，得到其流場、余流場的分布情況，并計算了納潮量、水交換率等。其次為了重現(xiàn)三大圍墾前羅源灣的水動力環(huán)境，在相同的水動力條件下，重新設(shè)計數(shù)值實驗，得到圍墾前羅源灣的潮汐、流場、余流場、
3、納潮量和水交換率等水動力要素。通過對比，灣內(nèi)主要分潮M2、S2基本保持不變，但淺水分潮M4和MS4受到較大影響，其振幅增大60％，遲角減小10％左右，通過計算潮位的淺水分潮系數(shù)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀其呈現(xiàn)緩慢線性增加的態(tài)勢，圍墾前的增長幅度要遠大于現(xiàn)狀，兩條線路分別是現(xiàn)狀的2．5倍和2倍，特別在靠近松山和大官坂圍墾區(qū)其淺水分潮系數(shù)增長幅度最大，即潮波的非線性效應(yīng)增強最大，且通過對比特征點位置得知其變化大小與是否靠近圍墾區(qū)有密切關(guān)系，所以在羅源灣灘涂對淺水分潮的影響巨大。由于圍墾造成的灘涂缺失，使得在相同條件下流入流出灣內(nèi)的水量減小，所以羅源灣在圍墾前的平均流速要大
4、于現(xiàn)狀，并且在漲落潮過程中最大流速大于0．6m／s的區(qū)域，落潮大于漲潮，并且不論漲落潮都是沿西北深槽呈帶狀分布，現(xiàn)狀情況下則限于119．73。以東，呈塊狀分布，落潮時雖有擴大但仍無法與圍墾前的范圍相比。通過分析8個特征位置的流速流向時間序列得知，圍墾前后流向基本保持一致，但流速則圍墾前大于現(xiàn)狀，且越靠近圍墾區(qū)受影響越大。余流場強度圍墾前大于現(xiàn)狀，并且圍墾前后余流的垂直結(jié)構(gòu)截然不同，現(xiàn)狀時上出下進，圍墾前是上進下出。圍墾活動還使得海灣納潮量減少，其中大潮納潮量減少37．87％，小潮納潮量減少了27．74％；半交換時間圍墾前為12天，現(xiàn)狀比圍墾前延遲了2
5、．3天，海灣自凈能力下降，不利于灣內(nèi)污染物的及時排出。通過分析不同層次水交換能力得知，水交換率底層水低于中層水，中層水低于表層水，相同層次圍墾前水交換率高于現(xiàn)狀。最后，為了研究灘涂在羅源灣水環(huán)境動力方面所起的的重要作用，本文還設(shè)計了數(shù)值實驗來計算在完全不考慮灘涂的作用下，灣內(nèi)水動力要素的變化情況。同樣該數(shù)值實驗是在與上面相同的水動力條件及邊界和初始條件下進行的，由于沒有了灘涂，所以就不需要使用干濕網(wǎng)格方法來確定漲落潮時的“淹”和“露”的過程，因而也去掉了干濕網(wǎng)格法。實驗結(jié)果表明，沒有灘涂的情況下各個主要分潮M2和S2變化很小，而M4分潮振幅減小在70
6、％以上，MS4的振幅略有減??；M4和MS4遲角增幅都在70％以上，大于圍墾前后的變化，這是由于本實驗將灘涂全部去掉造成。海灣流速減小50％以上，流向變化提前約1小時左右，余流平面分布除可門水道外變得比較均勻，強度大大降低，而且余流垂直結(jié)構(gòu)變得比較雜亂，其流入流出呈現(xiàn)往復性。由于將灘涂設(shè)為陸地，所以相當于灣內(nèi)水域面積減小45．5％，納潮量與現(xiàn)狀相比，大潮時減小56．45％，小潮時減小46．23％，而水交換率在灣口海域下降1．02％，灣內(nèi)海域下降12．12％，整個灣內(nèi)平均下降4．57％，半交換時間也由14．3天變?yōu)?2．5天，延長了8．2天。通過上述結(jié)果
7、分析可以得出灘涂在海灣水動力過程中的重要作用。通過對羅源灣水動力環(huán)境的系統(tǒng)分析，得到了羅源灣各水動力要素的變化情況以及灘涂對灣內(nèi)水動力環(huán)境，水質(zhì)等方面的影響，為今后更加合理利用羅源灣豐富的灘涂資源提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：羅源灣、F、，COM模式、灘涂、水動力、水交換ResearchontheChangesoftheHydrodynamicEnvironmentBeforeandAfterRecIamationinLuoyuanBayAbstractLuoyuallBayisoneofthetopsixdeepharborsinF嶼ianProvince．I
8、tisloca1【edinthenortheaLstco懿tofFujiaIl謝廿lmeoIllyIla】∞
