瓯江口浅滩围垦对风暴潮和台风浪耦合作用下周边泥沙输运影响的数值模拟分析

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瓯江口地处浙江省南部,地理位置优越,河口附近多优良港口码头,航运业发达。除此之外,海产品养殖、鲨鱼产品加工、船舶制造以及旅游业日渐繁荣。伴随经济发展,土地资源日渐紧缺。瓯江口浅滩围垦工程围绕温州浅滩展开,预计可增加土地面积88km2。工程实施会改变原有水动力环境,进而影响盐度分布与泥沙输移。如何保证工程建设的同时水环境免遭破坏是当下海岸工程研究的重要课题。加之瓯江口地理位置的特殊性,导致该区域易受台风等极端天气影响。台风使得河口水动力环境发生剧烈变化,进而破坏泥沙输移的原有状态,造成局部淤积或冲刷。因此,探究瓯江口浅滩围垦工程在不同天气条件下对海域水动力特性、盐度分布、泥沙输移的影响将对工程的实施起到至关重要的指导作用。由于计算区域尺度较大,建立物理模型成本较高,本文采用数值模拟的方式对工程影响做详细分析。本文基于FVCOM建立瓯江口海域数值模型,选取实测潮位、潮流、盐度、风暴潮潮位、水体含沙量等数据对模型进行验证。保证模型准确的前提下,分别加入浅滩围垦一期、二期工程,对工程前后海域潮流场、盐度场、泥沙场进行分析。最后加入台风风场,探究台风与工程耦合作用下瓯江口海域风暴潮增水、流场分布以及泥沙输移变化,全面分析工程影响。总结研究结果可得:无风状态下,瓯江北口为潮流运动的主要通道,工程实施后北口分流比例有所增加;盐度分布由河口向外海逐渐升高,北口盐度高于南口,工程实施导致南口海域水体盐度整体下降;泥沙分布结果显示,北口泥沙浓度略高于南口,一期工程后整个海域没有出现泥沙悬浮聚集的区域,但二期工程后沙头水道、大、小门岛附近海域出现高含沙区,含沙量最高可达1g/L,有淤积风险,应引起关注。台风作用下河口附近增水最大。其中,南口最大增水可达2.10m,北口最大增水达2.28m。乐清湾内以减水为主。工程实施对南口增水有一定抑制作用,对北口有促进作用,一期、二期工程下增水过程差别不大;台风作用下海域流速整体大于无风状态,灵霓北堤阻断了北口与南口之间水流通道,导致工程后南部海域流速整体降低;工程后沙头水道、黄大峡水道流速有一定程度降低,外海与乐清湾流场变化较小;分析台风影响下各工况泥沙场可得:台风导致海水含沙量整体上升,欧飞浅滩及南部边界出现高含沙区;乐清湾内泥沙呈舌状分布,湾内小于湾外。一期工程阻断了南北输沙通道导致南部高含沙区面积减小,二期工程海域泥沙分布与一期工程相差不大。上述研究成果可为瓯江口浅滩围垦工程航道规划、防灾预测、泥沙清淤等提供建议。
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