《上海黄浦江及沿海高分辨率非结构网格风暴潮数值模型》.pdf

第27卷 第2期 海 洋 预 报 Vo1．27，NO．2 2010年4月 MAR E FORECASTS Apr．2010 上海黄浦江及沿海高分辨率非结构网格风暴潮数值模型 黄士力 ，徐 健 ，汪德耀 (1．河海大学环境学院，南京，210098；2．上海市水务局，上海，200232) 摘 要：为提高复杂区域内风暴潮的预测能力，以上海黄浦江、长江 口和沿岸近海为研究对象， 构建了基于浅水方程的风暴潮模型。模型运用HLEC格式计算通量，具有高空间分辨率，能够模 拟风暴潮、天文潮、洪水等多重因素作用下潮水位过程变化。它采用了非结构的四边形和三角 形混合网格，适合应用于跨尺度河渠和河 口等区域潮汐交互作用的分析模拟。为了验证模型， 开展 了0012号派比安台风和0509号麦莎台风影响下的潮汐变化过程计算。结果表明，该模型能 够分析天文潮和台风组合作用下的潮水位变化，能够满足风暴潮预报要求。 关键词：风暴潮；非结构网格；有限体积法；数值模型；黄浦江 中图分类号：P731文献标识码 ：A 文章编号2010)02．0038—06 构网格有限体积法建立了具有高空间分辨率的风 1 引言 暴潮数值预报模型 ，分析与预测黄浦江与长江 口 区水域的天文潮与风暴潮共 同作用下的非线性增 风暴潮灾害是沿海地区遭受的重大 自然灾害 水，改进风暴潮预报技术。 之一。风暴潮如若遭遇上游洪水、天文大潮的相 互作用 ，会导致区域洪水与内涝 ，使人民的生命 2 非结构网格风暴潮模型 财产和国民经济遭受巨大损失。近年来，受全球 气候变化大背景的影响，风暴潮出现的频率、强 2．1 风暴潮的守恒型控制方程 度和经济损失都呈上升趋势u。为了减轻灾害，学 由径流、潮流和台风组合引起的复合流场可 者从多种途径对其的形成机制 、发展过程开展了 以用二维水动力学方程来描述，其守恒型控制方 系统的研究。在此基础上 ，开展了风暴潮的数值 程组可写成如下 向量形式 ： 预报研究的众多实践，如 叫。但多数模型是基于矩 aU + OG(U) - 形网格和曲线拟合网格 ，难 以精细模拟复杂的水 百 。 t一下 ： 一 ) …(1) 域边界。而非结构网格布设灵活，能够很好地拟 其中， ，Y是笛卡儿直角坐标系，t为时间； 合边界 ，对于在小尺度 的河道和较大尺度近海区 【，= ，hu，hv)=(，q，qy)为方程 的状态变量 向量 域的风暴潮联合数值分析 中具有明显优势 。 (h为水深 ，U和 v分别为 ，Y方 向的流速 )； 上海沿海及黄浦江水域岸线复杂 ，地形多 F=( ，hu+ gh，huv)，G=(hv，huv，hv+ g ) 变。而且其风暴潮增水受洪水 ，天文潮等因素共 同影响。研究表明上海沿海水域天文潮与风暴潮 分别为 ，Y方 向的通量 向量 ； =(0，gh 的非线性相互作用显著