琼州海峡潮流分布特征：数值模拟结果表明

使用具有自由表面的三维斜压陆架环流模式模拟了琼州海峡整体潮流分布,结果指出：琼州海峡的潮流以往复流为主,流向与等深线走向基本平行,大潮涨急最大流速达２．２ｍ．ｓ＾－１以上,大潮退急最大流速超过２．６ｍ．ｓ＾－１;大潮潮流以全日潮流为主,１ｄ转流２次,转流首先从南、北两岸近岸水深较浅的水域开始,然后向中央深槽推进,转流历时约为１ｈ;小潮潮流为半日潮潮流,１ｄ转流４次,转流也是首先从南、北两岸近岸水深     

琼州海峡海流的三维数值模拟

使用三维斜压陆架环流模式模拟琼州海峡的海流分布，结果表明，海峡内的海流基本为往复流；流向与海峡等深线走向近似平行；大潮退急的流速比大潮涨急的大。相同的风速，东风驱动的流速比西风驱动的大。风潮耦合驱动，潮位梯度力占主导地位。     

舟山海域潮流能资源评估

利用MIKE 21Flow Model_FM HD模块搭建包括杭州湾在内的整个舟山海域水动力模型,利用实测资料验证模型,验证结果表明,模型计算值与实测值吻合较好。由此表明,所建模型能够正确反映舟山海域的潮流特征。然后计算2014年舟山海域的潮流场,统计出舟山海域的潮流能平均功率密度和空间分布特征。计算出10个特征断面上潮流能资源理论蕴藏量约为250万kW,对舟山海域潮流能开发利用具有一定的参考价值。     

山东省周边海域潮流能资源评估

采用基于三角形可变分辨率网格系统的三维海洋模型,模拟得到2012—2013年山东周边海域的潮汐潮流。对该海域潮流能进行模拟研究,结果表明:通过检验发现SELFE对山东周边海域的潮汐潮流具有较强的模拟能力。平均流速、最大流速、最大可能流速与能流密度分布一致,较大的区域都发生在渤海海峡和成山头海域,年平均能流密度分别达到600 W/m2和500 W/m2;选取了13个能流密度较大的重点断面,对山东省潮流能资源进行评估,山东省潮流能蕴藏量总量为1 202.9 MW,资源较为丰富。其中,渤海海峡诸水道潮流能蕴藏量为914.2MW,占山东省潮流能总资源储量的76%;成山角断面潮流能蕴藏量为190.3 MW,占山东省潮流能总资源储量的16%。综合以上计算结果及环境因素,文章推荐开发潮流能的海域为渤海海峡诸水道(尤其是北隍城北侧水道)和成山角海域。潮流能的开发利用对于解决能源短缺、改善全球生态环境和维持可持续发展具有重要意义,能够为我国维护海洋权益、迈向深蓝提供科学依据。     

山东半岛近海潮汐及潮汐、潮流能的数值评估

山东半岛电力结构单一,但地理优势显著,因此发展海洋能产业对于半岛能源结构的优化及缓解能源供应不足具有十分重要的意义。本文运用数值模拟手段模拟了渤、黄海的潮流场并进行了模拟结果的验证;对潮汐和潮流进行调和分析并计算了平均潮差、大潮平均最大流速;使用近似公式计算了山东半岛近海海域的潮汐能和潮流能并进行了分级。研究表明,理论装机容量为800kW/km2的区域分布在山东半岛靖海湾以南,属于中等势能区;理论最大功率密度为0.50kW/m2的区域分布在山东半岛数个岬角、海湾处,属于中等动能区。本文通过对山东半岛海洋能的初步评估,为未来海洋能的开发提供理论支持。     

水平轴潮流能水轮机水动力数值模拟研究

针对水平轴潮流能水轮机,对其进行了力学分析并运用CFD方法对其水动力性能进行了仿真计算。比较了定常计算与非定常计算结果的区别,运用定常计算(MRF)方法得到了表现水轮机性能的功率、扭矩和推力特性曲线,分析了水轮机在不同尖速比时的表现。对水轮机模型进行了拖曳水池试验,并与仿真数据进行了比对分析,两者吻合度较好,并分析了试验过程中出现的在尖速比较大时功率系数衰减的现象,表明CFD方法对水轮机的工程实践有着指导意义。得到了尾流场的速度云图、流线分布图与衰减曲线,结果表明相对于水轮机的直径,受到其影响后的流场存在扩张现象。分析了水轮机后不同位置处的流场衰减情况,结果显示,随着水轮机后轴向距离的不同其速度恢复差别很大,对于今后潮流能水轮机的大规模布置方式研究提供了依据。     

大鹏湾潮流场的数值模拟

本文根据描述潮流运动变化的连续方程和运动方程,用ADI方法建立差分方程,对大鹏湾潮流场进行了数值模拟;从而根据数值模拟结果和实测结果,对大鹏湾的潮流和潮汐余流等进行了讨论。     

石臼港潮流数值模拟试验

计算方法如图(3)所示,石臼港面临广阔的海域,曲线表示岸线,A、B、C、D为岸线格网点。二期工程拟从A点至E点修建码头和防波堤。建成后港内X方向最大距离为5100米,Y方向在湾口处为2600米。三期工程如图(5)所示,湾口宽为500米。二、三期工程建成后,港内的潮流流场必将发生巨大的变化。建港前预知建港后的潮流     

长江口南支潮流的一个数值模拟

为了能够精确地拟合天然水域不规则的水陆边界,并能保持有限差分数值计算在矩形网格中进行,本文利用Thompson的数值网格生成技术,在长江口南支七丫口至横沙河段设计了一个椭圆型边界拟合坐标系,并在这个坐标系下建立了平面二维潮流数学模型。通过数值求解此数学模型,实现了计算区域内现状潮流的一个数值模拟,模拟结果表明,模式的设计是成功的。     

海南南山外海潮流的数值模拟

本文建立了三个不同大小和不同分辨率的数值模型,得到了海南南山外海高分辨率的计算結果,与实测结果符合良好。     

琼州海峡冬季水量输运计算

琼州海峡是海南省与雷州半岛之间重要交通通道,也是南海与北部湾2个海区水交换通道。其最大涨落潮流速位于海峡北部,且涨潮流速大于落潮流速;海峡中间和南部的流速都小于北部,涨潮流速小于落潮流速;余流方向基本都是由东指向西,量值北部最大,中间次之,南部最小;冬季平均水量通量为0.055 Sv。输运方向自东向西。     

基于非规则网格模型的全球潮流能评估

利用网格有限体积海洋模式,在非规则网格模型中考虑内潮黏性和自吸−负荷潮联合作用,建立了包括M2、S2、N2、K1、O1、Q1共6个分潮的天体引潮力驱动全球纯动力潮汐模型。在全球潮汐模型结果验证的基础上,系统计算和统计评估全球潮流能平均密度,并给出全球范围内潮流能较大区域的潮流能分布。结果显示,英吉利海峡处存在面积接近33 000 $ {{\rm{k}}{\rm{m}}}^{2} $,最大潮流能密度达到1 100 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $的大潮流能带;加拿大巴芬岛西侧海域最大潮流能密度超过了1 150 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $;阿拉斯加沿海库克湾海域最大潮流能密度达到了500 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $;俄罗斯白海入口处潮流能带面积较大,最大潮流能密度达到了500 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $;澳大利亚沿海潮流能带面积不大,但数量众多,潮流能密度普遍超过了100 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $;中国近海在长江口杭州湾海域以及台北以北海域潮流能密度达到了100 $ {\rm{W}}/{{\rm{m}}}^{2} $。     

北部湾潮波数值研究

利用普林斯顿海洋模式(POM08)建立了北部湾及其临近海区潮汐潮流数值模式,模拟了K1,O1,M2和S2这4个主要分潮,分析了模拟的潮汐和潮流分布特征,从潮波能量的角度讨论了琼州海峡对北部湾潮波系统的影响,并给出北部湾潮能的耗散情况。研究表明,北部湾是典型的全日潮海区,K1和O1分潮在南部湾口形成半个旋转潮波系统,无潮点位于越南顺安附近岸边。琼州海峡中的欧拉潮汐余流为西向流,潮余流造成的水通量约为0.034×106m3/s;余流出海峡西口后,先折向北,然后转向南流出湾外。研究海区中两个强潮流区分别位于琼州海峡和海南岛的西侧,同时这也是两个潮能的高耗散区。北部湾的潮能自南部湾口由外海传入,通过西口涌入琼州海峡,到达海峡东口时日潮波的能量已基本耗散殆尽,在海峡内耗散的4个分潮的潮能约为3.33 GW,相当于北部湾潮能耗散量的35%左右。数值试验表明,琼州海峡作为潮能耗散的重要海区,其存在对于北部湾潮波系统的形成具有较大影响。计算了底边界潮能耗散,结果表明在北部湾和琼州海峡,底边界耗散的潮能分别占该海区总耗散的83%和80%。     

琼州海峡内潮流场对冬季风浪场影响的数值研究

利用COAWST数值模式就琼州海峡内潮流场对冬季风浪场的影响进行了研究。经实测数据验证,模型可较好的刻画海峡内的强潮流场。选定东、西向最大潮流时刻为典型案例分别就水位场及潮流场对波浪场的作用展开探讨。在琼州海峡东口处,西向最大潮流时刻下的正水位场增加了承载波浪运动的有效水深,有利于波浪能量的西向传播,进而使得当地有效波高增加。东、西向最大潮流均有利于琼州海峡东口处有效波高的增大,但前者主要通过流致辐聚效应实现,而后者主要经由流致波数位移生效。通过流致折射作用,东向（西向）最大潮流可在海峡中轴线以北的海区引起谱峰波向的逆时针（顺时针）旋转,而在以南的海区触发顺时针（逆时针）旋转。     

海坛海峡二维潮流场数值模拟

海坛海峡为南北狭长型海峡，海峡内潮波属于前进波．本文建立了平面二维浅水波数学方程，利用欧拉-拉格朗日差分方法得到数值解，模型采用随时间变化的动边界技术，成功地模拟了海坛海峡的前进波特征，并根据实测数据进行了验证．同时计算了同潮时线和等振幅线，不同时刻的潮流场和潮流平均流速分布．计算结果表明，北部湾口M2分潮高潮时间比南部湾口早约5～6min，等振幅线范围约为2．12～2．15m．海峡内流速分布呈南北强、中间弱的特点，最大流速1m／s左右．     

基于FVCOM的台湾海峡三维潮汐与潮流数值模拟研究

基于FVCOM海洋数值模式,采用非结构三角形网格较好地刻画了台湾海峡复杂的岸线边界及海底地形,建立了台湾海峡的三维潮汐潮流数值模型.模拟结果同长期观测资料符合良好,较好地反映出台湾海峡内潮汐、潮流运动的变化状况和分布特征,利用T_tide工具包进行水位潮流调和分析给出了M2、S2、K1、O1四个主要分潮的同潮图、表层潮流椭圆分布.分析表明,M2分潮由台湾岛南北两端传入台湾海峡,两支潮波在澎湖—台湾浅滩南缘相遇,呈NE—SW向倾斜,振幅最大值为2.45m,出现在福建省湄洲湾、兴化湾一带.K1分潮潮波由东北向西南传入,并向南海传播,传播方向上右侧振幅较左侧大0.05m.台湾海峡存在一条分潮潮流椭圆率为0的分隔线,该分隔线大致呈NE—SW走向,分隔线上半部分潮流椭圆旋转方向为逆时针方向,下半部分为顺时针方向.四个主要分潮潮流椭圆长轴基本呈NE—SW走向,但在台湾浅滩表层潮流椭圆长轴方向为NW—SE向,澎湖水道呈N—S向.台湾浅滩处四个分潮的潮流椭圆均较大,对应的潮流也强,可能受当地水深较浅的影响.     

琼州海峡东口底形平衡域谱分析

1993年用GPY浅地层剖面仪对琼州海峡东口中水道两个水深18～40m的浅段进行网格状探测，通过对探测记录的平衡域谱分析近似计算底形运动速率。探测、分析和计算结果表明：分布在深处的大型不对称沙波平均波长416m、平均波高8．8m，平均运动速率0．92cm/h；分布在浅处的小型对称、不对称沙波平均波长144m、平均波高4．9m，平均运动速率5．13cm/h。虽然这些底形运动速率大于用经验公式和其它理论公式的计算值，却接近于近年来的原位观测值和相似尺度底形风洞实验值，所以平衡域谱分析是一种相对简便准确的小尺度底形稳定性评估方法。     

莫桑比克海峡及其邻近海区正压潮流数值模拟与能量收支分析

莫桑比克海峡及其邻近海区是全球海洋潮流和潮能耗散最强的海区之一。文章利用高分辨率通用环流模式对该海区的正压潮流进行模拟, 并对该海区潮能通量和潮能耗散特征进行分析。结果表明, 莫桑比克海峡及其邻近海区的潮波主要是半日分潮占主导地位, 全日分潮可忽略不计, M₂分潮形成1个左旋潮波系统和1个右旋潮波系统, S₂分潮形成1个左旋潮波系统。莫桑比克海峡和马达加斯加岛南部等绝大数区域的M₂和S₂半日潮流是逆时针旋转, 在马达加斯加岛顶部等局部区域是顺时针旋转, 而且在海峡通道等复杂地形处潮流流速量级较大。潮能通量矢量主要来自东边界, 大部分潮能通量沿马达加斯岛北部传入莫桑比克海峡区域, 其中经过马达加斯加岛北部和进入莫桑比克海峡的M₂ (S₂)分潮的潮能通量分别为156.86GW (40.53GW)和148.07GW (36.05GW), S₂分潮潮能通量的量级大约为M₂分潮的1/5~1/4。底摩擦耗散主要发生莫桑比克海峡和马达加斯加岛南北部, 其中莫桑比克海峡M₂ (S₂)分潮的底摩擦耗散为1.762GW (0.460GW), 占其底部总耗散的43.74% (39.72%)。     

琼州海峡海口站近岸风暴增水概率风险分析

基于海口站1976~1997年逐时潮位和逐日最大风速资料,利用阿基米德Copula函数构建海口年最大增水与相应日期最大风速的联合概率分布模型。结果表明:1)广义极值分布可作为海口站年最大增水和相应日期最大风速的边缘分布。两个序列之间存在强正相关关系,G-H Copula函数更适用于作为海口站年最大增水和相应日期的最大风速联合概率分布的连接函数。2)两变量联合作用的同频率增水高度设计值与增水的单变量边缘分布设计值之间的相对差值约为7.5%。3)条件概率1(P(Y≥y|X≥x))中同频率的年最大增水和相应风速的遭遇概率介于78.2%~80.9%,条件概率2(P(Y≥y|X≤x))中同频率的年最大增水和相应风速两者的遭遇概率小于4.8%。     

考虑发电机尾流作用的潮流能理论可开发量的评估

In this study, we construct one 2–dimensional tidal simulation, using an unstructured Finite Volume Coastal Ocean Model(FVCOM). In the 2–D model, we simulated the tidal turbines through adding additional bottom drag in the element where the tidal turbines reside. The additional bottom drag was calculated from the relationship of the bottom friction dissipation and the rated rotor efficiency of the tidal energy turbine. This study analyzed the effect of the tidal energy turbine to the hydrodynamic environment, and calculated the amount of the extractable tidal energy resource at the Guishan Hangmen Channel, considering the rotor wake effect.