七十年代与九十年代伶仃洋的水沙数值模拟及对比研究

[摘 要]利用七十年代和九十年代的实测水文资料，采用修改后的ccost-2d模型模拟了伶仃洋水动力及悬沙输运分布，将泥沙分类模拟，粘性泥沙采用剪切应力方法计算，非粘性泥沙采用近底平衡浓度法进行计算模拟。对比分析了七十年代和九十年代伶仃洋水沙变化情况。

[关键词]伶仃洋，ccost-2d模型，悬沙，数值模拟

中图分类号：U612.23 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0109-02

1.研究意义及范围

研究区域范围在东经113°32'-113°55'E，北纬22°12'-22°46'N之间。

其研究成果将为围垦、填海及使用海域提供一定的技术指导，为区域经济的可持续发展提供重要保障，具有实际的经济意义。

2.模型的基本方程

泥沙输移模型方程

（2-1）

式中：H为总水深，即水位与平均海平面以下深度之和；

u、v表示深度平均的速度在x、y方向的分量；

s为含沙量，为x，y方向的悬沙紊动扩散系数；

为床面冲淤函数，E为再悬浮通量，D为沉降通量。

粘性泥沙Fs=（Van Rijn（1984））

非粘性泥沙 Fs=E-D

（Hwang and Mehta（1989））

文中将粘性泥沙采用剪切应力方法计算，非粘性泥沙采用近底平衡浓度法进行计算模拟，然后再将粘性泥沙及非粘性泥沙叠加起来，模拟出悬砂浓度分布情况。

边界水位选取1978年6月5日17时至6月13日14时黄埔、蕉门、洪奇沥、横门及赤湾水位5个水位站实测水位，99年边界水位选取1999年7月15日20时至7月24日14时同样5个水位站实测水位。泥沙边界条件采用常年平均泥沙浓度。

水位及流量验证（图1-4）

模型计算水位、流量趋势与实测吻合良好，验证可行。

3 计算结果（图5-8）

七十年代大潮涨急时刻西滩泥沙浓度介于0.1-0.2，而九十年代大潮涨急时刻西滩泥沙浓度介于0.17-0.23。涨急时刻七十年代虎门口泥沙输运的距离大于九十年代，这是因为七十年代虎门射流作用强。

七十年代西滩落急时刻的悬沙浓度为0.10-0.20，而九十年代西滩落急时刻悬砂浓度为0.20-0.23。落潮时凫洲水道出流水体含沙量大，出凫洲水道后水体与虎门下泄流发生部分混合后，含沙量略有下降，虎门下泄流势力强大，凫洲水道水体在胁迫下出凫洲水道后沿鸡抱沙滩地东侧向南扩散，随着离虎门口距离的增大，虎门射流水体动力作用减弱，高含沙水体开始往东向扩散。

4 结论

无论是70年代还是90年代伶仃洋悬沙分布自西向东不断递减。这是因为伶仃洋泥沙主要来自西边的东四口门。涨潮时伶仃洋的泥沙流进狮子洋；落潮时泥沙往北输运至西槽和东槽，部分泥沙沿着西槽或东槽进入外海。九十年代涨急时刻虎门口的泥沙朝北输运至横档，而七十年代涨急时刻虎门口泥沙朝北输运至大虎岛，九十年代涨急时刻泥沙朝北输运的距离比七十年代的短，这是因为七十年代水动力比九十年代强； 九十年代泥沙分布和高值区范围扩大最为明显，九十年代西滩泥沙浓度高值区范围扩大。一部分原因可能是因为九十年代的径流强从上游带来的泥沙相对多，另一部分原因是九十年代的水域面积比七十年的少。

参考文献

[1] Hwang，K-N，and A.J.Mehta，1989：Fine sediment erodibility in lake Okeechobee.Coastal

[2] and Oceangraphic Engineering Dept.，University of Florida， Report UFL/修改后-89/019，Gainsville，FL.

[3] Van Rijn，L.C.，1984a：Sediment transport，Part I： Bed load transport.J.Hyd.Engrg.，110，1431-1455.

[4] Van Rijn，L.C.，1984b： Sediment transport， Part II：Suspended load transport.J.Hyd.Engrg.，110，1613-1641.

[5] 韩玉梅等.聚类分析方法在泥沙粒径分级模拟中的应用研究.烟台大学学报.2006，19（4）.