基于FVCOM模式钱塘江河口涌潮三维数值模拟研究

第29卷第l期2011年2月海洋工程THE()C队NENGINEERINGV01．29No．1Feb．20ll文章编号：1005．9865{2011)01．0047-06基于FVCOM模式钱塘江河口涌潮三维数值模拟研究谢东风，潘存鸿，吴修广(浙江省水利河口研究院，浙江杭州310020)摘要：应用FVCOM模型进行钱塘江涌潮的二维和三维数值模拟，并使用2007年IO月大潮期间的现场观测结果进行模型验证。结果表明．平面二维模拟结果与实测值吻合较好．与基于Godunov算法求解钱塘江涌潮二维特征的结果基本一致。三维计算结果再现了流速在垂向上的差异，以及在落潮转向涨潮时刻，涨潮先从底部开始。垂向上从底层向表层逐步从落潮流转为涨潮流。敏感性分析显示模型网格大小和曼宁系数的选取对模拟结果有较大的影响。关键词：钱塘江；涌潮；数值模拟；FVCOM中图分类号：TVl42文献标识码：AThree—dimensionalnumericalmodelingoftidalboreinQiantangbasedonFVCOMXIED0ng—feng，PANCun—hong，WUXiu-guang(酗iaIlgInstituteofHydraulicsandEstuary，Hallgzhou310020，China)Ah面mct：Inthiscontribution，theFVCOMmodelhasbeenusedtosimulatethetidalboreintheQi绷msRiver．Thedepth-averaged2-Dmodelresultsagreewellwiththefielddata。whichisconsistentwiththeresearchofPanela1．(2007)。whoused8depth-averaged2-Dnu·mericalmodelbasedOnaGodunov·type8c}lelrne．The3-DmodelrepwducedtheverticaldistributioncharacteristicsofcurrentvelocitiesandthephysicalprocesB髓．andthepIle瑚—r七∞nthatwhentheebbcurrentsturntofloodcurrents，velocitiesatbottomincreasefwst．Numericalexpefi-rocntsrevealedthatthecellsizeandmanningcoefficientcouldinfluenc_ethemodelresultstealaceegteng．Keywords!QiantangRiver；tidalbore；numericalmodeling；FVCOM涌潮是一种特殊的自由面重力流动，水流穿越涌波，水位、流速急剧变化。强涌潮是世界罕见的自然景观之一，世界上许多强潮河口都存在涌潮，如英国的塞文河、巴西的亚马逊河、长江口北支等。钱塘江涌潮以凶猛：多变、惊险而堪称一绝，从古至今吸引不计其数的观潮者。涌潮是一种罕见的自然景观，其巨大能鼍对河口过程有重要的影响，也影响到航运和河口生态系统。近年来在钱塘江河口治江围缩窄、建桥等人类活动对涌潮的影响以及涌潮的水力学结构方面进行了大量研究【I-2J。在其他河口，如长江121北支涌潮的形成及其影响因素亦取得了较大进展旧J。东海潮波进人杭州湾后，潮差急速增大，传至湾顶澉浦，潮差与水深的比值已在2倍以上．j受浅水效应影响，潮波非线性变形加剧，在澉浦上游形成水位骤然升高的涨潮波前锋线，即为涌潮。涌潮形成之初，潮后的潮位仍在上涨。因此强度逐渐增大，直到涌潮成为整个涨潮面，潮后潮位随即下降，涌潮较强时，分裂成前、后两股，逐渐减弱，直到湮灭MJ。与普通的潮波传播相比，涌潮前后存在水位、流速的突变，是典型的浅水间断流动，比潮波尺度要小好几个量级，因而给物理模拟和数值模拟都造成相当大的困难。从20世纪60年代开始，就有学者使用激波装配法和激波捕捉法探索钱塘江河1：3涌潮的一维或平面二维数值模拟怕驯。2001收疆日期：2010-04-08基金项目：国家自然科学蓐金资助项目(41006053．40806037．50809062)；国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07424-001)；浙江省创新团队建设资助项日(2009120024)；水利部公益性行业科研争项经营资助项目(200801072)作者简介：谢尔风(1981一)．男．四川安岳人．博士．主要从事海洋j冗积动力学研究。E-mail：dmtwind!II@hotmail．㈣万方数据海洋工程第29卷年以来，潘存鸿等[Ⅲ51提出了水位床底法同时结合底坡源项离散技术，建立了四边形网格和三角形网格下二维涌