人工岛对沙质海岸动力泥沙环境及岸滩冲淤演变的影响研究

基于历史海图、历史时期卫星遥感影像、2019年实测水下地形和潮流、波浪数值模拟成果,研究该海域岸滩的发育演变背景、海床和岸线自然冲淤动态、动力泥沙环境及岸滩冲淤动力机制。采用LITLINE岸线演变数学模型,模拟计算了不同离岸距离和不同平面形态人工岛布置型式对近岸岸线变形的影响,岸滩泥沙动力机制和岸滩演变趋势表明,人工岛实施后近岸最大潮流流速小于近岸泥沙起动流速,不具备起动近岸岸滩泥沙的基本条件; SSE向波浪作用时,人工岛西北侧波高明显减弱,波向西偏; S向波浪作用时,人工岛北侧波高明显减弱; SSW向波浪作用时,人工岛东北侧波高明显减弱,波浪传播方向东偏;波浪场改变后人工岛掩护区东西两侧岸滩附近泥沙分别具有向东和向西运移至人工岛掩护区的趋势,形成掩护区的淤积和东西两侧岸线冲刷。     

运用DSAS和SMC分析人工岛建设对岸线变化的影响

海南岛东郊椰林人工岛建设于砂质海岸外,对海岸线变化有非常大的影响。选取5景遥感影像,运用DSAS数字岸线分析系统分析人工岛建设前后岸线变化,同时利用SMC模拟系统分析人工岛建设前后水动力变化情况,用于分析研究泥沙运移趋势。结果表明人工岛建设后,该海岸西段人工岛与陆地之间海域波浪场明显减弱,而沿岸流则由人工岛建设前的自东向西,变为人工岛建设后后两股沿岸流在岛体后方相汇,利于此处泥沙堆积。通过岸线变化分析,人工岛建设之后西段岸线受人工岛的遮蔽由侵蚀转变为淤积,最大淤积速率可达70m/a,形成现在向海凸出沙嘴,最终将演化为连岛沙坝,东段岸线接受不到岛体的庇护则仍表现为侵蚀状态。     

近岸岛屿周围波生流的数值模拟

基于非结构网格有限体积法的环流模型,建立了相位平均的波流作用模型。模型中考虑了波浪破碎效应的三维辐射应力和波流作用下的扩散系数。通过模拟试验水池中人工岛和天然岛屿周围的波生流,对岛周围波生流的运动特征进行了分析。当波浪垂直入射到均匀斜坡上的人工岛时,岛周围产生回流和对称的环流,流速沿水深分布稍有差异。在天然岛屿中,入射波浪在近岸形成沿岸流。靠近岸线岛屿周围的沿岸流比离岸较远岛屿周围的流速大。这和辐射应力在浅水区域作用有关,岸线区域波生流特征明显。近岸岛屿周围在波浪辐射应力下产生不同的波浪增水,该波浪增水形成压力梯度进而促进岛屿周围的流态变化。     

离岸人工岛对砂质海岸的影响

海阳人工岛拟建在砂质海岸外。运用冲淤数值模拟方法,模拟了海阳人工岛建成后在无风理想状况和各向大风条件下海底的蚀淤变化,据此分析人工岛建设对砂质海岸可能产生的影响。研究结果表明,人工岛建成后,周边区域整体呈微淤积状态,基本维持了在工程建设前的状态;人工岛北侧和南侧始终处于微冲刷状态,不会形成连岛沙坝;其东侧、西侧局部区域呈微冲刷状态,利于砂质海岸的维护;在波、流综合作用条件下人工岛工程的建设不会使北侧的海滩产生较明显的蚀淤变化。     

龙口市人工岛周边海域波浪场和水动力场的数值模拟

为了科学的分析离岸人工岛群对周边海岸动力的影响,本文以龙口市人工岛为例,运用MIKE21数值模拟软件建立了龙口离岸人工岛及附近海域的水动力模型和波浪模型,根据波浪的生成、成长和传播原理,针对最有可能形成较大波浪的W、WNW、NW三个方向,采用频率为0.5%(重现期为200a)的高潮位叠加频率为0.5%(重现期为200a)的W、WNW和NW向风作用下的波浪场和水动力场进行数值模拟研究,给出了高潮位条件下人工岛周边不同波向对应的有效波高和最大波高值,以及最大流速和流向数据,可为人工岛群的地坪标高确立和防浪建筑物的布设提供科学依据。     

冬季波浪与人工岛联合作用下日月湾海滩冲淤演变特征

人工岛作为一种新兴的海岸工程, 它的建设所引起的岸滩冲淤和防护问题日益受到人们的关注。本文以海南万宁市日月湾人工岛为例, 通过4期实测海滩剖面数据和多时相遥感影像, 分析了冬季波浪与人工岛联合作用对日月湾海滩冲淤变化的影响, 并结合海区波况, 探究了海滩冲淤变化机理。研究表明, 日月湾海区冬半年的平均有效波高与波浪周期明显强于夏半年, 且波浪强度整体上呈现逐年上升的趋势, 但在人工岛建设前后变化幅度较小; 人工岛建设对海滩地貌变化有强烈影响, 海滩呈现出岛后淤积而两侧侵蚀的显著特征, 岛影区海滩不断淤积, 岸线向海淤进达200m, 甚至可能与人工岛相连形成连岛沙坝, 人工岛后两侧海滩侵蚀, 岸线向陆一侧蚀退最大距离达50m; 海滩在冬季波浪和人工岛共同影响下, 岸滩自北向南依次表现为稳定、侵蚀、淤积、相对稳定、略有侵蚀或淤积、侵蚀、淤积的冲淤变化特征。     

远区台风“三巴”对河口波浪增水和波生流影响数值模拟研究

波浪增水和波生流是河口泥沙输运、地貌演变和污染物扩散的重要动力之一,但目前关于远区台风影响下长江口波浪增水和波生流的研究比较缺乏。本文建立了覆盖东中国海的台风-天文潮-波浪耦合三维数值模型,研究了远区台风“三巴”对长江口波浪增水和波生流的影响。结果表明:波浪从台风中心向近岸传播过程中,能量耗散引起波浪作用力的衰减和辐射应力的增大,产生波浪增水,长江口波浪增水在0.05 ~0.20 m之间,占台风总增水值的15%~22%。从NW向入射的台风浪产生自北向南的波生沿岸流,垂向上呈现三维结构,平均流速在0.05~0.20 m/s之间,占风暴潮流的15%~50%,充分说明了远区台风可以对长江口波浪增水和波生流产生明显影响,研究成果可以为河口极值水位和流速计算、泥沙输运、水下三角洲地貌演变等研究提供参考。     

岬湾海岸中人工岛建设对岬角涡旋及海湾地形冲淤的影响——以海南岛铺前湾为例

岬湾海岸中一般在岬角的右侧与左侧（面向大海方向）分别发育顺时针与逆时针涡流。这些涡流的存在对泥沙输运、海底地形演变、污染物扩散等都具有重要影响。而在海洋中岛屿的存在将产生局部的岛后尾流。如岛屿与岬角距离较近，岛后尾流可能与岬角涡旋相互作用，反之则相互影响较小。本文以海南岛铺前湾为例，研究在岬湾海岸中湾口处的人工岛建设对湾内涡旋的影响，并进一步分析人工岛建设对整个海湾海底冲淤变化的效应。本项研究主要采用COAWST模型进行研究。结果表明，大潮期在海湾内发育大范围的顺时针涡旋，小潮期涡旋发育不明显，以东向余流为主。人工岛建设并未影响整个海湾的涡旋结构，但人工岛分隔了湾内顺时针涡旋，且在周围产生局部的逆时针与顺时针涡旋。海底冲淤变化的基本格局为湾内以淤积为主，人工岛建设加强了这种趋势，但在人工岛与岸线之间的狭窄通道内，海底出现冲刷。本项研究对岬湾海岸的科学开发管理具有一定意义。     

人工岛周围的波生流计算方法

针对Hardy-Cross法的基本原理建立的一种波生流计算的数值模型在计算处理人工岛周围区域方面还存在的问题,提出了解决处理方法,并通过算例验证了该模型能够运用于人工岛等岛状非水面区域附近的波生流计算,从而消除了Hardy-Cross法实用化中的一个障碍.     

广东阳西面前海岬角附近海域泥沙沉积特征与搬运趋势

对广东阳西面前海西侧白虎岭岬角附近海域的表层沉积物进行了分析,结果表明,该海区平均粒径由岸向外呈现出从粗到细的变化规律;沿海岸沉积物分选性较好,在双山岛与海岸之间有一个分选较好的沉积区;近岸及双山岛以西的海域沉积物偏度为负偏,其他区域为正偏。利用粒径趋势分析显示白虎岭岬角东西两侧沉积物的净输运趋势具有汇合向南的离岸输运趋势,其原因是西侧受波浪破碎产生的沿岸流作用,东侧受到海陵湾较强的落潮流作用,这一结果与海陵岛岬角泥沙汇聚趋势显著不同。     

人工岛影响下的海滩修复对策研究——以海口西海岸为例

人工岛建设在缓解滨海人地矛盾的同时带来新的环境问题。本研究聚焦人工岛建设引起的岸滩侵蚀与泥沙分配失衡问题,以海口西海岸为例,建立GENESIS岸线演变模型,探讨人工岛影响下的海滩地貌演化机制,并在此基础上提出“循环养护”的海滩修复对策。主要研究结论为:①海口湾南海明珠人工岛对邻近海滩的影响以“岛后方淤积、两侧侵蚀”为显著特征,且两侧侵蚀热点区的响应幅度存在明显差异。五源河口至新国宾馆岸段侵蚀更为强烈的主导因素为物源匮乏与岸线形态外凸。②通过人工补沙与循环养护相结合的生态修复措施,可实现岸滩泥沙的合理分配与地貌的动态平衡,有效缓解人工岛引起的海岸侵蚀问题。本研究成果可为国内相似类型海岸的岸滩修复提供良好的借鉴意义。     

人工岛群分阶段建设对附近水沙环境影响的数值研究

以龙口湾正在兴建的龙口人工岛群和招远人工岛群为例,利用MIKE21软件建立龙口湾人工岛群附近海域水沙数学模型。在模型经过实测资料验证的基础上,设计了两大人工岛群整体建设和间隔期不同的分期建设方案,模拟不同方案对龙口湾潮流变化和海底冲淤演变的影响。结果表明,间隔期为9 a的分期建设方案中人工岛群水道内流速较大,周围海域泥沙运动相对稳定,确定为优选方案。     

港珠澳大桥西人工岛桥结合段波浪演变数值模拟

近年来海洋极端天气频发,港珠澳大桥西人工岛地处外海,与其相连接的桥梁非通航跨的桥面高程较低,容易受到海浪侵袭,威胁到岛桥功能的正常发挥和结构自身安全。针对西人工岛桥结合部周围的复杂地形条件,采用OpenFOAM^®开源程序,分别对S、SSW和SW三个方向的极端波浪进行了数值模拟。通过数值计算结果与物理模型试验测量值的比较验证了的模型的准确性。分析了不同方向入射波的波高和沿岛体斜坡爬高的变化规律。随着波浪入射角的增大,人工岛南侧斜坡的波浪爬高呈逐渐减小,但在岛体西端靠近桥梁的位置处,波浪爬高逐渐增大;同时也反映了越浪和桥面上水风险的大小。研究旨在为实际工程的管理和设计提供参考。     

日照石臼港人工岬湾海岸设计及稳定性研究

基于日照万平口海区三期水深地形调查资料、水动力及海底沉积物调查数据,研究了日照石臼港海域人工岬湾海滩建设前后波浪场的变化、沉积物在波浪作用下沿岸输运变化及海岸侵蚀冲淤特征,并模拟验证了人工沙滩建设后的平衡岸线,明确了不同长度防波堤建设后海滩的稳定性及其设计的合理性。结果表明:防波堤建设前研究区入射波浪与岸线有一定夹角,导致波浪作用下沉积物有由南向北输移的趋势;人工岬湾的建设可改变近岸波浪场,继而影响沿岸泥沙输运,对岸滩稳定有重要影响;海岸工程、波浪场及泥沙输运三者相互作用,是人工岬湾海岸稳定性的关键因素。     

波流共同作用下大型离岸人工岛群工程海床冲淤预测

采用波流共同作用下平面二维水沙数学模型,基于三角形网格剖分模式,对位于韩江河口附近海域的汕头市东海岸新城大型离岸人工岛群规划工程做潮流及泥沙数值模拟。研究结果表明:规划的人工岛群"白海豚"身体轴线布置方向与工程海域往复流主流向趋于一致,涨落潮流态平顺,该规划方案实施后对周围海域水动力的影响范围主要集中在人工岛群附近海域,流速有增有减,但变化幅度较小。规划方案实施后海床冲淤变化规律:人工岛群波影区以淤为主,迎浪侧以冲为主,局部区域最大冲深可达2m以上,应注意采取护底措施。由于韩江河口属于强浪区,应关注大浪引起的坡底淘刷。     

海岸沙坝近底悬移质通量实验研究

为了研究海岸沙坝的产生和演化机理,对不规则波和波群作用下沙坝上方的近底悬移质通量进行了实验研究。分析了短波、长波和平均水流对悬移质通量的影响。结果表明:各种波况下平均水流和长波的作用始终使泥沙向离岸方向输移,而短波的作用使泥沙向岸方向运动;平均水流引起的泥沙输移始终占主要成分,长波的次之。不规则波情况下平均水流的影响较规则波的情况相对较弱,三种成分对泥沙输运的贡献属于同一量级。波群情况下长波的影响随着波浪群性的增强而加大,短波的不明显,而平均水流的影响则随着波浪群性的增强而减弱。     

近岸流对波浪传播影响的数值分析

使用近岸波浪模型SWAN计算存在沿岸流和离岸流时的近岸波浪传播。先设离岸流u=0m/s,模拟均匀、非均匀沿岸流的流速和梯度对波高传播的影响;再设沿岸流v=0.5m/s,模拟均匀、非均匀离岸流的流速和梯度对波能高传播的影响。从模拟中得到,近岸波浪传播受沿岸流、离岸流的流速和梯度影响时,波高的变化规律。     

港珠澳大桥人工岛水下滩槽演变的数值模拟与工程检验

港珠澳大桥地处伶仃洋的湾口水域,东、西人工岛分别位于伶仃洋大濠深槽两侧。人工岛水域水深流急,潮流正面冲击人工岛,易造成人工岛海域水下地形发生大的变化与调整,最终形成以人工岛为中心的局部滩槽新格局。在大桥工程设计阶段,采用伶仃洋二维潮流泥沙数学模型,对人工岛建设后的伶仃洋水沙环境和水下地形冲淤进行了模拟计算。模型预测结果表明,人工岛对伶仃洋水域的水沙环境影响集中在人工岛上、下游各5 km水域内,人工岛呈冲刷趋势,岛体上下游形成以岛为中心的梭状淤积体。人工岛建设10年前后的水下地形冲淤变化结果表明,人工岛建设引起的海床冲淤变化趋势与数学模型预测结果基本一致,此为当初采用的数学模型预测效果提供了良好的佐证。     

人工岛对海湾水环境影响数值研究

针对大连湾人工岛的建设预案,在人工岛多种长度及宽度的组合条件下,运用MIKE21 flow model模块进行人工岛建设前、后的海湾流场及污染物扩散运动模拟,探讨研究嵌入人工岛后海湾水体交换、污染物扩散及污染物存留率的变化规律,进而评价人工岛对海湾水环境的影响.在不同的人工岛功能定位前提下,综合考虑人工岛和水环境的诸多因素,分别给出了可供规划参考的人工岛推荐方案.     

朝阳港潟湖湿地的形成与演变

在全面分析朝阳港潟湖湿地发育的主要因素的基础上,探讨了中全新世以来朝阳港潟湖湿地的演变过程.朝阳港潟湖湿地演变可以划分为:古海岸线形成、水下沙坝发育、青矶岛连岛坝发育和现代潟湖湿地发育四个阶段.青矶岛连岛坝是泥沙横向移动和纵向移动共同作用的结果,青矶岛连岛坝的形成促使朝阳港由原生构造湾逐渐演变为潟湖型次生湾.