台风作用下伶仃洋波浪场的模拟计算

该文运用SWAN模型对“0814”号台风作用下伶仃洋的波浪场进行了模拟研究.计算得到从台风登陆6小时前开始至登陆6小时后的南海北部海域波浪场,并作为伶仃洋海域波浪的外边界条件.在计算珠江河口伶仃洋局部海域的波浪场时,相比之下伶仃洋海域只是一个局部小区域,故风场采用随时间变化的均匀风场.先不考虑流的影响,水位采用伶仃洋内部代表点南沙站的水位并忽略水位伶仃洋内的变化,模拟计算时全面考虑风输入项、白帽作用、底摩擦作用、破波作用、耗散作用以及三波相互作用和四波相互作用.计算结果表明,在台风登陆过程中,南海北部和伶仃洋波浪场的变化基本依赖台风风场变化,并在台风登陆时波高达到最大,波浪的传播方向与风向基本一致.最后,还考虑了在台风登陆时刻加入流场和水位场,以此分析了流场对波浪场结果的影响.     

潮流物质输运过程数值模拟中的误差传递、放大及修正

用二维潮流物质输运模型模拟河口流动的计算中，河道中会发生非物理的物质含量增高的现象。经分析发现，水流和物质输运子系统间，以ADI方法计算水流场而产生的可允许水位误差，造成物质输运模拟时水流量不严格守恒，导致物质输运计算误差积累放大。提出水位水量平衡修正模型，解决了子系统间计算模拟误差传递放大问题，避免了二维潮流物质输运模拟计算中非物理的物质含量增高现象发生。     

珠江河网与河口一、二维水沙嵌套数学模型研究

利用三级联合解法和“节点含沙量控制法”,建立了珠江三角洲河网区一维非恒定流水沙数学模型,伶仃洋平面二维水沙模型采用了正交曲线坐标下DSI和ADI法。通过虎门、蕉门、洪奇门、横门4个交接面的水位、流量和输沙量等物理量的相互传递,在每一迭代步内进行河网一维与伶仃洋二维水沙模型的嵌套计算。利用2001年2月枯季和2003年7月洪季实测的水文资料进行验证。结果表明,模型计算结果无论在珠江三角洲河网区、交接断面以及伶仃洋区均与实测资料吻合较好,该模型可用来模拟珠江三角洲河网和伶仃洋的水沙运动过程。     

不恒定流多口门一,二维联解计算

本文提出了一种能使连接断面的水位、流量及流速连续的不恒定流多口门一、二维联解的计算模式,并建立了珠江东片河网与伶仃洋海区四个口门连接的潮流数学模型。     

广州水道—伶仃洋一、二维联解潮流计算

用不恒定流一、二维联解方法,计算广州水道—伶仃洋在二组水文条件下的潮流运动,较好地复演了天然潮流运动规律,在此基础上,对伶仃洋规划整治方案进行计算,提供了各整治方案对广州水道潮流运动的影响。     

外海围涂工程对临江水动力的影响初析——以鳌江为例

外海围涂工程的实施将导致临江江道水动力环境发生改变。应用平面二维潮流数学模型,基于无结构网格,采用有限体积法,计算鳌江口外围涂工程实施后鳌江江道内潮量、流速、水位等水文要素的变化。数学模型计算结果显示,工程的实施将引起鳌江水位、流速和进潮量的变化,水位降低,进潮量减小,但未引起河势较大的变化。     

伶仃洋与东四口门一,二维连接水流数学模型的验证及方案计算

为了配合伶仃洋及东四口门整治开发,拟定合理的规划治导线,本文在对建立的三角洲网河区和伶仃洋海区的一、二维水流连接验证计算的基础上,进行了整治方案计算。一、二维水流联解的整体模型中,一维部分采用四点加权隐格式模型,二维部分应用以破开算子法为基础的隐格式模型,在一、二维水流连接处应用特征理论,建立一、二维水流连接断面上的水流运动特征方程,用显式差分离散后求未知瞬时的函数值,作为整体模型的内边界条件。本文所建立的数字模型能比较全面地反映伶仃洋及三角洲网河区潮汐水流运动的规律,方案计算的结果可以作为衡量方案优劣的重要数据。     

陆源污染对伶仃洋水质影响的数值模拟

引入环境水力学数学模型，利用二维ADI法进行数值模拟，对伶仃洋水域的潮流运动和污染迁移扩散展开了研究，并成功地进行了验证计算。为河口的治理开发和伶仃洋的生态环境保护，提供了较好的数学模型。     

非结构网格FVM模型及崖门水道三维模拟研究

模型采用二维三角形网格、三维四面体网格的非结构网格形式,利用有限体积法离散控制体积内积分后的控制方程.通过求解沿水深积分方程作为外模式计算水位,垂向采用坐标系简化表面和底部边界条件,求解三维浅水运动控制方程,计算流速垂向分布.将模型用于崖门水道三维潮流场的计算,利用实测资料对计算结果进行了验证,并对该潮汐河口水动力流场分布及控制因素进行了分析探讨.     

珠江口东片网河与伶仃洋潮流的数值模拟

用一维(隐式差分法)与二维(ADI法)联解的一种方法建立珠江口东片网河与伶仃洋潮流运动的数学模型,并成功地进行了验证计算,为伶仃洋治理与开发、水环境污染等课题研究提供一个较好的数学模型。     

珠江三角洲一维盐度与三维斜压耦合模型

本文将珠江三角洲河网区、河口区以及近岸海域视作一个整体,耦合一维盐度模型与三维斜压模型,并在连接过程中考虑三维模型的分层边界条件,从而构建了珠江三角洲的耦合斜压模型。采用1999年7月和2001年2月的实测资料对模型进行率定及验证,分别模拟了珠江三角洲径流和潮汐共同作用下的洪季、枯季流场及盐度分布。其后分别从验证效果和与单独计算相比是否发生明显变化这两个角度来检验连接计算的效果。研究结果表明,所建立的耦合斜压模型模拟结果与实测值吻合较好;连接计算与单独计算的模拟结果相当接近,模型成功复演了河口区的特征流态与盐度的分布态势。综合分析表明该模型成功描述了珠江三角洲典型的水动力过程,可用以研究咸潮入侵、污染物通量等问题。     

三维水动力泥沙输移模型及其在珠江口的应用

为研究河口的泥沙输移规律和最大浑浊带与盐水入侵、咸淡水混合等的关系，本文提出了具有二阶精度、建立在9结点有限单元上的三维水动力及泥沙输移模型，该模型考虑了由水平密度梯度引起的斜压项、引用2．5阶Mellor-Yamada紊流模型耦合计算水流的涡动黏滞性系数与物质的紊动扩散系数。本模型采用破开算子法求解控制方程：用欧拉-拉格朗日法求解水平对流项；用有限元法求解水平扩散项；有限差分法求解垂向扩散项。模型应用于模拟珠江口的泥沙运动，计算域包括整个河口的八大口门，用1998年7月的洪季大潮实测资料进行了潮位、流速及流向、盐度及含沙量等的验证，模型计算结果与实测结果吻合良好。在模型验证的基础上，文中简要讨论了珠江河口的泥沙输移、盐水入侵及最大浑浊带等物理现象。     

基于PINNs的圣维南方程组数据同化方法

为提高河道水位流量数据同化的智能化水平,基于物理信息神经网络(PINNs)提出了圣维南方程组的数据同化方法。采用双输出网络结构解决双输出方程组的同化问题,以模拟的实测数据作为边界条件和初始条件,通过消融试验验证网络中加入时空映射缩放和平衡权重系数对同化模型的有效性,以及所提出同化方法在部分测值缺失情况下的鲁棒性。结果表明,一维非恒定流圣维南方程组的数据同化结果与Preissmann四点隐式差分法结果一致,且随着同化断面数量的增加,所获得的同化精度也稳步提升;基于PINNs的圣维南方程组数据同化方法有效,对非恒定流模拟具有较强的适应性。     

尾闾河道及海域整体冲淤数学模型研究

针对黄河下游水少沙多和河口淤积延伸速度快的特点,本文建立了一套包括一维河道和二维海域、适用于多沙河口的整体泥沙冲淤数学模型。模型建立在高含沙的不平衡输沙理论上,采用动边界和动床阻力技术,模型可同时考虑径流、潮流及波浪等多种动力因素共同作用,可用于尾闾河道冲淤、河口泥沙输移扩散和河口演变计算。本文 应用二维模型计算了整个渤海的潮汐过程,得到几个主要分潮的同潮图,计算与实测值符合良好。用1983年汛后至1996年汛前艾山-口门河道地形资料、1996年6～10月和1996年10月～2000年10月的海区地形资料对一、二维连接模型进行了验证。计算结果给出的黄河下游河道的淤积延伸过程、河道水位、河道及海区冲淤量和流路河长延伸等均与实测值基本一致,证实了模型的可靠性。     

一个耦合数学模型及其在近海尾闾河段的应用

在近海尾闾河段,由于水流和边界条件的特殊性,分别用一维和二维模型计算河道水面线与流场分布是十分必要的。在尾闾河段上游区域,运用一维模型计算相对狭长河道水面线的沿程变化情况;在近海宽阔水域运用二维模型模拟流速场及水位在挡潮闸附近的动态分布特征。本文对尾闾河段的一、二维模型及水流参量在其交界面附近的耦合处理进行了探讨,并应用于尾闾河段的实例计算。通过调试验证及预测计算,说明该耦合模型能够较好地处理邻海区域的水力计算问题。     

瓯江口潮流数值模拟

建立了时间二次插值的三角形网格显式差分数学模型,从而提高了原三角形网格显式数学模型［1］的稳定性和精度。使用三角形网格全自动剖分技术进行网格剖分,使用"干湿"判别法处理了露滩问题,用两套节点关系处理潜堤问题,对大范围(既有细长河道又有大面积海区)、多岛屿、地形及流态复杂的瓯江口海区的潮流场进行了成功的模拟。并根据模拟结果,对瓯江口海区的潮流特征进行全范围的分析介绍。     

钱塘江河口突发溢油事故的油膜漂移轨迹研究

针对钱塘江河口的强潮特性,采用数值模拟方法计算出垂向平均的二维潮流场,根据实测垂向流速分布的分析成果将其转换为表层流场,在此基础上采用拉格郎日质点追踪法,模拟三江口在不同潮汐时刻突发溢油事故时油膜的漂移轨迹,分析油膜漂移规律和对取水口的影响风险,为杭州市提高应对突发溢油事故的应急能力提供技术支撑。     

EFDC模型在长江口及相邻海域三维水流模拟中的开发应用

基于公开代码的EFDC(Environmental Fluid Dynamics Computer Code)模型,建立了范围包括长江下游段、长江口、杭州湾及邻近海域的三维水流数值模型。用Deflt3D附带软件得到了长江口海域正交曲线网格剖分,更好地实现了网格与地形边界的拟合;并在模拟浅滩动力过程中,设置最小水深条件限制,成功地消除了复杂浅滩地形情况下原模式运行出现负水深的局限。利用10个潮位站的实测潮位以及9个流速测站的水流流速资料对模型参数进行了验证和率定。模拟结果能够与实测值较好地吻合,各站模拟计算潮位值相对误差小于10%,。率定、改造后的模型不仅能够较好地模拟反映长江口海域三维潮汐及水流运动,而且还能对潮流运动特征进行分析。该模型可用于长江口海域相关问题的进一步研究。     

潮-径相互作用下大辽河口潮能通量的数值模拟

基于FVCOM建立大辽河口水动力数值模型,用数值模拟方法计算分析了潮-径相互作用下大辽河口潮能通量分布与沿程变化特征。结果表明:沿程动能空间分布与水深分布一致,势能空间分布与潮差变化一致且在沿程能量组成中占主要部分;枯水期潮能通量影响范围最远,且潮能通量总体最大,高能通量区集中在深槽和河道断面狭窄处,低能通量区在河口附近潮滩与上游河段;入海口门附近潮能通量方向在丰水期指向外海,在枯水期方向相反。研究结果可为河口沉积动力过程方面的研究提供参考。     

THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL MODEL FOR WINDING TIDAL RIVER WITH BRANCHES

Natural rivers are usually winding with branches and shoals,which are difficult to be simulated with rectangular grids. A 3-D current numerical model was established based on the orthogonal curvilinear coordinate system and vertical σ coordinate system. The equations were discretisized using a semi-implicit scheme. The “predictor” and “corrector” steps were applied for the horizontal momentum equations to meet the basic requirement that the depth-integrated currents obtained from the equations for 2-D and 3-D modes have identical values. And a modification of traditional method of dry/wet discriminance was proposed to determine accurately the boundary and ensure the continuity of variable boundary in the simulation. This model was verified with the data measured in a winding tidal river with branches in April,2004. The simulated data of water levels and velocities agree well with the measured ones,and the computed results reveal well the practical flow characteristics,including the vertical secondary flow in a winding reach.