黄河口流路改变对三角洲演变影响的数值研究

论文摘要

20世纪80年代后期,随着黄河口向东延伸摆动,扩散至孤东海域的黄河入海泥沙数量急剧减少,致使孤东海域成为严重的侵蚀区。尽管1996年以后黄河改由清8出汊入海,但由于连年枯水少沙,在孤东垦东五及新滩油田,海岸线发生了大幅度的后退。1999年小浪底水库投入运用,自2002年起黄河进行了六次调水调沙,河口地区水沙特性发生了重大变化。针对小浪底水库运用后黄河来水来沙变异的新情况,科学分析黄河口现行流路泥沙输移、岸滩演变规律,预测黄河口改走北汊后河口区潮流场的时空变化特征,以及对改善孤东油田海堤冲刷现状所起的作用,将具有重要的科学意义。本文在分析河口地区风场及海洋动力条件的基础上,利用SMS（Surface-Water Modeling System）进行建模,采用无结构六点元网格,开展黄河河口及其周边大范围海域数值模拟研究,利用实测资料进行校核模型,证明SMS水动力模型能够初步达到复演和预测整个黄河三角洲附近海域潮流场、潮位、入海泥沙扩散规律、泥沙淤积形态和流路延伸发展趋势等方面的要求。利用校核后的模型模拟黄河口改走北汊后的潮流场及泥沙的时空变化,通过计算得出以下结论:黄河改走北汊河后,由于海洋、地形等条件的变化,泥沙输移将出现新的特点。入海泥沙扩散,沿垂直海岸方向范围小,沿海岸方向范围大,符合往复式潮流椭圆分布特征;同时,由于受柯氏力及潮流的影响,泥沙向河口两侧扩散,衰减距离不对称。黄河改走北汊河,按照近几年的水沙条件及河口位置,在行河初期对东营港不会有淤积影响;同时,按照计算结果推算,随时间的推移,河口在海洋动力以及柯氏力的作用下,除初期向东偏北方向,其后河口逐渐向东南方向延伸发育,口门离东营港的距离越来越远,入海泥沙对东营港的影响将越来越小。改走北汊后的流路将从孤东油田南围海堤以南入海,泥沙的扩散将对孤东油田产生直接的影响。孤东海区因地理位置的不同平均年淤积厚度在3-18cm之间,并且随着2002年后调水调沙入海沙量的增加,每年淤积厚度将增大。这将改善孤东油田堤角被淘空的现状,提高孤东大堤的安全性。同时,随着行水年限的增长,河口的推进将淤出大片土地,这将使部分海上石油开采的油田变为陆上开采。论文最后给出了建议。即:在做好来水来沙预报、加强河势与海洋动力观测、预报和科学技术研究工作的基础上,应进一步掌握河口演变规律,在不影响规划流路使用和总的行河年限的前提下,兼顾油田的发展和滩区油田的开采,科学地确定改走北汊的时机。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 2 国内外研究现状
• 2.1 数值模拟方法的研究现状
• 2.1.1 海洋动力模型的发展现状
• 2.1.2 泥沙运动数学模型的发展
• 2.1.3 河口水沙沉积动力学的研究进展
• 2.2 黄河河口泥沙沉积输移研究现状
• 2.2.1 基于实际资料的研究成果综述
• 2.2.2 数值模拟方面的成就
• 2.2.3 小浪底水库运用后河口水沙新特点
• 2.3 本论文的研究思路和研究内容
• 3 研究区域概况
• 3.1 渤海及黄河口海域的风场及水文状况
• 3.1.1 风场
• 3.1.2 水文
• 3.2 渤海及黄河口海域海洋动力的基本特征
• 3.2.1 潮流与余流
• 3.2.2 波浪及风暴潮
• 3.2.3 海冰
• 4 模型的基本方程及定解条件
• 4.1 基本控制方程
• 4.2 定解条件
• 4.2.1 初始条件
• 4.2.2 边界条件
• 5 模型的建立及求解过程
• 5.1 SMS 模型
• 5.2 地形的确定
• 5.3 网格的划分
• 5.4 时间步长的选择
• 5.5 计算参数的设定
• 5.6 边界条件的确定
• 5.6.1 入口边界的确定
• 5.6.2 出口边界的确定
• 5.7 计算流程
• 5.7.1 流场的计算流程
• 5.7.2 泥沙输移的计算流程
• 6 模型的验证及分析
• 6.1 模型的验证
• 6.1.1 潮位验证
• 6.1.2 流速验证
• 6.1.3 地形对比验证
• 6.2 误差分析
• 6.3 模拟结果分析
• 6.3.1 河口受往复流的作用
• 6.3.2 河口两侧存在环流区
• 6.3.3 切变锋及其影响
• 6.3.4 入海泥沙的分布特征
• 7 模型的应用
• 7.1 黄河改走北汊河的必要性
• 7.2 北汊河现状
• 7.3 对改走北汊后进行数值模拟
• 7.4 计算结果分析
• 7.4.1 流场及泥沙输移情况分析
• 7.4.2 对东营港的影响分析
• 7.4.3 对孤东油田的影响分析
• 8 结论与建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文