江苏沿海潮流数值模拟与潮流能估算.pdf

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1、第１期水利水运工程学报Ｎｏ．１２０１７年２月ＨＹＤＲＯ⁃ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＦｅｂ．２０１７ＤＯＩ：１０．１６１９８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－６４０Ｘ．２０１７．０１．０１５郦凯，章卫胜，王金华．江苏沿海潮流数值模拟与潮流能估算［Ｊ］．水利水运工程学报，２０１７（１）：１１１－１１７．（ＬＩＫａｉ，ＺＨＡＮＧＷｅｉｓｈｅｎｇ，ＷＡＮＧＪｉｎｈｕａ．ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｉｄａｌｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｔｉｄａｌｃｕｒｒｅｎｔｅｎｅｒｇｙｉｎＪｉａｎｇｓｕｃｏａｓｔ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏ⁃ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒ

2、ｉｎｇ，２０１７（１）：１１１－１１７．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））江苏沿海潮流数值模拟与潮流能估算１２２郦凯，章卫胜，王金华（１．河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏南京２１００９８；２．南京水利科学研究院，江苏南京２１００２９）摘要：潮流能是一种海洋可再生能源，具有广阔的应用前景。通过数值模拟方法，对江苏沿海的潮流能分布进行估算。首先建立了江苏沿海平面二维潮流数学模型，并利用多次现场实测资料进行验证；基于数学模型计算结果，分析了江苏沿海的潮流场特征；其次，利用准调和分析方法对１５ｄ潮流模拟结果进行调和分析得到６个分潮调和常数，并继而得到最大可能流速和潮流能流密度；最后，利用估算方法

3、对海区的潮流能进行了估算。研究结果表明，江苏沿海燕尾港以南水域平均潮流能流密度相对较高，其中废黄河口附近海域、苏北辐射沙洲２水道区域潮流能最为集中，平均能流密度最大值为７００～１２００Ｗ／ｍ，理论上具有较高的开发与应用价值。关键词：潮流能；数值模拟；能源估算；江苏沿海中图分类号：Ｐ７４３文献标志码：Ａ文章编号：１００９－６４０Ｘ（２０１７）０１－０１１１－０７潮流能是海洋可再生能源的一种，是指潮流做水平运行所含有的动能。与其他海洋能资源如潮汐能、波浪能、温差能、盐差能以及海洋风能等相比，潮流能具有以下几个特点：①较强的规律性和可预测性；②功率密度大，能量稳定；③对海洋环境影响较小，

4、不需要修建大坝，不会产生大的噪声，不影响人们的视觉环境，可以保持良好的地域生态环境。因此，潮流能在全球范围内具有广阔的应用前景。我国２０世纪８０年代对全［１］国沿海的潮流能总量进行了初步估算，各海区潮流能分布以东海最强，主要分布在长江口和舟山海域；渤海和黄海次之，其中渤海主要为辽东半岛老铁山水道，黄海主要分布在江苏斗龙港至小洋口一带；南海沿岸［２］最弱，主要分布在台湾海峡、琼州海峡附近。［３］潮流能的计算方法主要有两种：基于能通量方法和基于动力分析方法。前者以Ｆａｒｍ方法和Ｆｌｕｘ方［４－５］［６－７］法为代表，后者以Ｇｒａｔｔｒｅ和Ｃｕｍｍｉｎｓ提出的方法为代表。其中Ｆａｒｍ方法

5、基于发电机能量转换原理，与设备及其布置有关；Ｆｌｕｘ基于能量直接转换，与设备无关；两种方法思路清晰，计算方便，应用较广。［３］Ｇｒａｔｔｒｅ和Ｃｕｍｍｉｎｓ方法中的潮流能流基于水体通量，主要针对小海湾和两端为开敞水域的水道。由于早期潮流能估算主要基于现场实测流速数据，而现场实测数据十分稀缺，潮流能估算往往采用个别测点代表整个断面或整条水道，误差较大。针对该问题，通过数值模拟途径获得数据结果进行潮流能估算是一种很好的［８－９］弥补方法，被广泛应用于不同海域的潮流能估算。本文借助数值模拟方法，首先建立江苏沿海潮流数学模型，通过实测资料对模型进行验证；在分析江苏沿海潮流特性的基础上，对重

6、点区域潮流能进行估算，为江苏沿海潮流能开发提供技术参考。１江苏海岸形势与潮汐分布江苏省海岸线北起苏鲁交界的绣针河口，南抵长江口北支，海岸线长约９５４ｋｍ。江苏省海岸大致可分收稿日期：２０１６－０３－０１基金项目：国家重点研发计划（２０１６ＹＦＣ０４０１５０５）作者简介：郦凯（１９８４—），男，浙江诸暨人，硕士研究生，主要从事港口海岸及近海工程的水流数值模拟研究。Ｅ⁃ｍａｉｌ：２８３１５５２１７＠ｑｑ．ｃｏｍ１１２水利水运工程学报２０１７年２月为３段：北部海州湾和废黄河三角洲岸段、中部射阳河口至弶港岸段和南部的辐射沙洲岸段。从海岸地貌上，江苏海岸大致可分为４个地貌单元：废黄河三角洲平

7、原区、中部海积平原区、长江三角洲平原区和辐射沙脊群分布区。江苏沿海受两大潮波系统控制，分别为自南向北传播的东海前进潮波和受山东半岛和朝鲜半岛阻挡形成的自北向南推进逆时针旋转潮波系统，两股潮波系统在弶港岸外辐合。图１（ａ）为Ｍ潮汐分布，无潮点位２于废黄河口外，逆时针方向旋转的Ｍ分潮潮波系统控制着整个辐射沙洲以北的江苏海域潮波运动。海州湾２为该旋转潮波系统的波腹区，Ｍ分潮振幅在１５０～１７０ｃｍ。波节点位于废黄河口外海，振幅小于１００ｃｍ。该２旋转潮波在新洋港附近明显受到