岸线变化对近岸水环境影响的研究

论文摘要

近岸海区与人类生活和经济发展有着很密切的联系,近年来随着人类活动和经济发展,在自然因素和人类活动的影响作用下,海岸线一直处于不断的变化中。海岸线作为海岸与海洋相互作用的前沿,其变化一方面是海岸对各种动力作用的响应,另一方面也是海岸环境演变的直接体现,一定程度上反映了人类活动对近岸海域水环境的改变。本文使用非结构化网格有限体积法三维水动力模型,分析研究了岸线的变化对近岸水环境的影响。本文首先根据岸线变化区域的动力特征和水环境的基本要素,筛选了流场、潮位、纳潮量、海湾的水交换率、泥沙冲淤、环境容量和拉格朗日相干结构(LCS)作为表征岸线变化下近岸水环境改变的评价指标,并根据前人的研究成果总结了各指标的计算方法,着重介绍了基于拉格朗日相干结构(LCS)的水体运动分析的基本原理。然后在不同地形基础上进行嵌套的精细水动力的模拟,在保证模型较好再现了潮波在海湾的传播规律以及潮位随时间变化而变化的特征之后将其运用于所研究的区域,分析岸线变化时区域流场的变化,特征点潮位、流速流向的变化,海湾纳潮量和水交换能力的改变,以及区域由FTLE场表征的拉格朗日相干结构(LCS)的变化。最后对重点小区域分析研究,通过对辽东湾海域岸线总长度和各类型岸线长度变化的基础统计分析,得出2005年的岸线比80年代增加292.2 km,面积减少约200 km2,各类型岸线变化过程中,北部淤泥质海岸向人工岸线的变化十分显著,自然岸线不断减少,人工岸线不断增加,而东西岸砂质岸线的侵蚀严重。通过对辽东湾湾顶水动力进行计算,可以看出特征点的潮位变化很小,靠近岸边点的潮流影响明显大于区域中部,且通过对其拉格朗日相干结构(LCS)的计算,同样可以看出两个年代近岸的水体运动变化较大。通过对大连湾水环境的计算,得出特征点的潮位变化同样很小,潮流变化在近岸区域比较明显。而纳潮量变化不大,整体都呈减小趋势,其原因主要是近年来围海造田、沿岸区域港口码头工程建设等人类活动引起的。且通过水交换的计算,发现2005年水交换能力明显优于1980年,但两者都存在的共同点是湾中部与外海的交换情况较好,三个支湾的交换能力都较差,从拉格朗日相干结构(LCS)的角度来说,FTLE大值主要集中在大小三山岛以及近岸岸线变化比较明显的区域,形成明显的水体分块区域,且1980年的结构比2005年复杂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景、意义及目的
• 1.2 研究特色
• 1.3 渤海研究现状综述
• 1.3.1 研究区域简介
• 1.3.2 社会经济概况
• 1.3.3 渤海岸线变化研究现状
• 2 岸线变化对近岸海域水环境影响的评价指标及计算方法
• 2.1 岸线变化对近岸海域水环境影响的评价指标的确定原则
• 2.2 岸线变化对近岸海域水环境影响指标的评价方法
• 2.2.1 岸线变化下水动力场的改变
• 2.2.2 岸线变化下纳潮量变化的计算
• 2.2.3 岸线变化下水交换能力变化的计算
• 2.2.4 岸线变化下冲淤改变情况的计算
• 2.2.5 其他影响指标对岸线变化的响应
• 2.3 基于拉格朗日相干结构（LCS）的水体运动分析的原理
• 2.3.1 相关概念的介绍
• 2.3.2 机理分析
• 2.4 本章小结
• 3 岸线变化下近岸海域水环境数学模型的建立与验证
• 3.1 建模原则
• 3.2 FVCOM模型介绍
• 3.2.1 σ坐标变换
• 3.2.2 基本方程
• 3.2.3 定解条件
• 3.2.4 方程的数值解法
• 3.3 模型配置
• 3.4 模型验证
• 3.4.1 潮位验证
• 3.4.2 潮流验证
• 3.5 本章小结
• 4 重点小区域岸线变化的环境影响分析
• 4.1 人类活动影响下辽东湾岸线变化的分析
• 4.1.1 资料来源
• 4.1.2 岸线整体变化分析
• 4.1.3 各类型岸线长度变化的分析
• 4.2 重点小区域水环境变化分析
• 4.2.1 东湾的水动力变化分析
• 4.2.2 大连湾水动力变化分析
• 4.3 重点小区域纳潮量的变化
• 4.4 小区域水交换能力的变化
• 4.5 基于LCS的区域水体运动变化的分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢