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应用水力学与沉积动力学相结合的方法,建立了一个展示陆地淡水径流和风暴潮对潮汐汊道系统影响的整合模型,并应用该模型对博鳌潮汐汊道系统在极端事件(洪水和风暴潮)影响下的水位过程进行了研究。模型中所采用的一些具体方法包括:(1)基于Nash瞬时单位线法(针对有实测记录的流域)和SCS单位线法(针对无实测记录的流域),应用水文模拟系统(HEC-HMS)来模拟风暴降水引起的陆域洪水径流;(2)采用潮汐调和分析法和一个原创的数值模型分别模拟潮汐水位和风暴潮高,线性叠加后得到海洋侧水位序列;(3)利用数字化的地形图,校正后的泻湖水深数据以及东屿岛CAD工程图建立了一个研究区域的数字高程模型,从中导出纳潮盆地里水深和淹没面积关系;(4)基于水体质量守恒定律和明渠均匀流的Chezy公式建立了一个数值模型,用于模拟潮汐汊道系统在洪水和风暴潮过程中的反馈机制;(5)应用建立的整合模型进行了一系列的数值实验,以确定汊道口门处几何特征和剖面要素对系统反馈的影响。
通过实地观测、沉积物的野外采样和实验室分析、长周期的潮汐水位观测等方法获取了研究所需的各项数据。博鳌地区的潮汐类型为全日潮;由于当地的平均潮差较小,在半个潮周期里注入的淡水量相对纳潮量而言十分显著,因此属于弱潮并受河流影响的潮汐环境。汊道口门的南部沙坝(玉带滩)的沉积物主要为砂砾-砾砂,而北部沙坝则主要为砂质沉积环境。整个研究区域细颗粒的沉积物(<40)较为缺乏。2005的沉积物样品的分选系数小于2001年,粒径更细同时在偏态上更为负偏。目前,口门过水断面面积小于根据O’Brien经验公式的计算值,表明潮汐汊道系统可能正向一个新的均衡态过渡,主要原因为纳潮量减小引起的口门缓慢淤积。
数值实验结果显示:(i)在一次洪水和风暴潮过程中,纳潮盆地水位会迅速增高,最高水位通常在洪峰之后2h出现,且高水位状态一般能持续12~24h。相对于风暴潮造成的高水位,流域洪水对水位上升的贡献更大;(ii)在洪水过程中,断面平均流速可以增加到平时的10倍以上,并且落潮方向的水流可持续4天以上;(iii)潮汐汊道系统的水力特性受口门宽深比、水道长度、均衡过水断面面积以及剖面系数的很大影响,当过水断面采用复合梯形断面时,可使湾内的最高水位下降约40%。