中国河口海岸风暴潮及海洋动力三维数值预报模型(CHINACOAST)研究Ⅰ:模型结构与设置

以POM为基础,采用Semi-prognostic方法对POM动量方程的压力项进行修正,以减少模型运行过程中的漂移问题;采用三重双向嵌套技术,在中国的河口及沿海建立了三重嵌套的风暴潮及三维海流、温盐数值预报模型CHINACOAST.对三雏内模态基本方程、初边值条件、模型驱动力,特别是多河流入海的淡水径流和温盐边界设定、模型求解方法以及模型参数设置等作了较为详细的介绍.     

珠江河口波浪—风暴潮耦合数值模拟

为提高珠江河口风暴潮增水的数值模拟精度,建立了珠江河口高分辨率的波浪—风暴潮耦合数值模型,该模型基于非结构三角形网格,对复杂岸形具有较好的适应能力.采用实测资料对模型计算结果进行验证,有效波高平均绝对误差为0.52 m,最大有效波高相对误差仅5.3％.运用该模型对1822号"山竹"台风风暴潮及波浪过程进行数值模拟,并分...     

基于ADCIRC水动力模型构建南海海域风暴潮预报模型与典型台风暴潮数值模拟

基于ADCIRC水动力模型构建了一个适用南海海域的精细化风暴潮预报模型,选用Holland模型提供强迫风场和气压场,开边界潮位采用OTIS(Oregon State University Tidal Inversion Software)的全球潮汐数据结果。选取造成广东省沿海产生严重风暴潮的201319号“天兔”、201415号“海鸥”和201713号“天鸽”等5个典型台风,利用该模型计算台风登陆期间严重影响岸段潮位站的逐时潮位过程,并与实测水位进行比对分析。结果显示：总体上各岸段潮位过程预报平均绝对误差在30 cm以内,计算与实测的高潮位绝对误差满足规范许可误差要求,可为广东省沿海台风暴潮的预警预报提供技术支撑。     

ELCIRC模型在番禺区台风暴潮数值模拟中的应用

基于水动力模型ELCIRC建立了珠江口天文潮与风暴潮耦合模型,风场计算采用QSCAT/NCEP混合风场和台风经验模型风场相加的方法,南中国海大范围模型提供外海边界,在对模型进行验证后,分别选取了"0313号"台风"杜鹃","0601号"台风"珍珠"和"0814号"台风"黑格比",代表登陆型、北进型和西进型路径的台风进行番禺区台风暴潮的数值模拟计算,计算结果表明能较准确地反映番禺区台风暴潮的增水值及出现时间。     

弯曲型交汇河口三维数值模拟研究

弯曲型主渠交汇是天然河流的主要交汇形式，对河床演变和水运发展产生重要影响，为了研究弯曲型交汇河口的水力特性，首先通过实验值与模拟值进行对比进行模型验证，然后通过三维数值模拟研究了流量比为０．２５０、０．４１７、０．７５０时，支渠分别交汇于１２０°弯曲主渠弯顶凹岸和凸岸的交汇口附近的水流特性，从而为进一步研究弯曲型交汇河口的动床水流创造条件。通过研究表明:相同流量比的情况下，凸岸交汇时，分离区大，凹岸交汇时，分离区小；流量比越小，上游雍水越高，交汇口下游最低水位越低；相同流量比，凸岸交汇时上游雍水大于凹岸交汇，下游最低水位低于凹岸交汇，上下游水位差更大。     

三维潮流温度数值模型研究及应用

为了正确评估潮汐河口热电厂温排放对受纳水体的环境影响,河口地区的潮流场与温度场的数值计算非常重要。建立了三维潮流温度数学模型,模拟电站温排水的稀释扩散规律,分析温升场的变化特征。并以澳门路环发电厂为例,对本模型进行了应用,取得了比较满意的结果。     

淤泥质海岸波生流动力机制及三维模拟研究

淤泥质海岸底坡极为平缓,波浪传播时浅水变形与破碎均不显著,且粘性床面可使波能向岸持续耗散,波浪传播特性的不同使其催生的波生流态与沙质海岸具有明显差异,但当前对其机理缺乏深入探讨.采用基于过程的波生流三维计算模式,以连云港海区为例,对波生流运动规律进行了模拟与分析.研究结果显示淤泥质缓坡海岸波生流影响范围较远,可延伸至深水区,但与沙质海岸相比,其流速不高、底部离岸流不明显.在波浪垂向紊动掺混作用下,垂向流速梯度随波高增大而变得均匀.波生流影响程度随入射波高增大而增大,在大浪条件下,波生流的贡献已与潮流达到相近权重.     

三峡工程导截流数值实验室的建立及数值模拟(Ⅱ)

介绍了三峡工程导截流水流特性数值实验室的数值模拟技术及其应用情况.采用水深平均二维数学模型模拟坝址区大范围水域在导截流过程中水深平均的流场演变过程,利用二、三维耦合数学模型的概念,由二维数模成果给定三维模拟所需的初值条件及边界条件,使三维数值计算具有良好的精度和收敛速度.利用导截流数值实验室的实时数值试验,给出导截流过程关键部位的三维流速分布及水位分布,并与实测值吻合良好.这表明导截流水流特性数值实验室所采用的数值模拟技术合理可靠.     

法国Gironde河口盐水入侵与泥沙输送的三维数值研究

运用可计算河口流场的全三维数值模型研究Gironde河口的河口环流与盐水入侵问题。本模型应用有限差分法求解浅水方程,同时采用模态分裂技术获取关于水位的泊松方程。而湍流计算则采用二阶K-L模型求解。模型采用Gironde河口两次不同实测数据进行率定参数与验证。通过对潮汐与径流作用的详细分析以研究该河口动力结构及影响河口环流盐水入侵的主要影响因素。     

新疆膜下滴灌棉田暗管排盐的数值模拟与分析Ⅱ:模型应用

为了降低新疆地区盐碱棉田根区土壤盐分含量,尤其是排走长期使用膜下滴灌技术造成的下部根系层(40~60 cm)累积盐分,针对当地实际情况设计了2种改进排盐模式,分别是淋洗防渗排盐模式(情景1)和暗管局部冲洗排盐模式(情景2),利用经过校验的模型和参数对不同模式下暗管排水、排盐动态过程进行模拟。情景1在暗管下方铺设一定宽度(L_f,分别设定为20、50、100、250和500 cm)的防渗材料以增加汇流面积,提高排水、排盐量;情景2先通过暗管直接供水湿润周围土壤,达到设定时间(T_i,分别设定为0.25~10 d的9种情形)后停止供水,然后再通过暗管进行排水、排盐,以期利用较小的冲洗定额达到排盐的目的。对情景1进行模拟时,以0~40 cm和40~60 cm土壤含盐量分别低于3 g/kg和6 g/kg作为结束淋洗的标准进行对比分析,结果表明:当暗管处于非饱和区域、下方无防渗处理(传统暗管排盐模式)时,其排盐率仅为9.8%,单方水的排盐效率约1.86 kg/m~3;在暗管下方进行防渗处理有利于增加暗管排盐量,排盐率可达11.9%~32.1%,排盐效率可提高至2.27~3.15 kg/m~3;然而,随着Lf增加,施工难度和成本均会大幅上升,尤其是当Lf100 cm,单方水排盐效率的提高程度却较为有限,因此建议Lf在100 cm以内。而采用暗管供水进行局部冲洗(情景2)时,即使在暗管下方进行防渗处理,其单方水的排盐效率最高也不超过0.6 kg/m~3,整体表现并不理想,在新疆地区使用不太现实。     

湍黏系数对浅滩海域三维风暴潮的影响

利用WRF大气模式和基于有限体积法的三维海洋数值模型FVCOM,建立了连云港及其附近浅滩海域的三维风暴潮流数学模型。运用k-ε和MY-2.5两种不同的湍流模型,对"韦帕"台风作用下的三维风暴潮流进行了数值模拟,并对计算得到的三维风暴潮流流场结果和垂向湍流黏性系数结果进行了对比分析。计算分析结果表明,两种不同湍流模型计算所得的风暴潮增水差别很小,可以忽略;但在风生流较强的时间段内,MY-2.5湍流模型计算所得的水平流速流向沿垂向分布并不一致,而k-ε湍流模型的计算结果较好,与实测分层潮流资料更为符合。研究结果表明,垂向湍流黏性系数沿水深的垂向分布对浅滩海域风暴潮流水平流速的垂向结构至关重要,建议选用k-ε湍流模型计算垂向湍流黏性系数和湍流扩散系数。     

Numerical simulation of typhoon-induced storm surge along Jiangsu coast,Part Ⅱ:Calculation of storm surge

The Jiangsu coastal area is located in central-eastern China and is well known for complicated dynamics with large-scale radial sand ridge systems. It is therefore a challenge to simulate typhoon-induced storm surges in this area. In this study, a two-dimensional astronomical tide and storm surge coupling model was established to simulate three typical types of typhoons in the area. The Holland parameter model was used to simulate the wind field and wind pressure of the typhoon and the Japanese 55-year reanalysis data were added as the background wind field. The offshore boundary information was provided by an improved Northwest Pacific Ocean Tide Model. Typhoon-induced storm surges along the Jiangsu coast were calculated based on analysis of wind data from 1949 to 2013 and the spatial distribution of the maximum storm surge levels with different types of typhoons, providing references for the design of sea dikes and planning for control of coastal disasters.     

长江河口动力与风暴潮相互作用研究

长江口是我国最大的河口,风暴潮是本地区最严重的自然灾害之一.本文分析了本地区风暴潮发生的特点,建立了中尺度气象模式驱动下长江感潮河段河口海岸风暴潮预报数学模型,分析了风暴潮与长江河口动力的相互作用.结果表明,长江河口地区受风暴潮作用特别明显,河口风暴潮最大增水在江阴与徐六泾之间,其位置受上游径流和河口潮汐的影响而摆动;并指出了长江口天文潮、风暴潮与长江洪水作用的一般规律,预测了长江口风暴潮作用下的洪水位.     

洪水与风暴潮共同作用下的溃堤洪水一维、二维耦合模型及应用

为了解决复杂条件下河道洪水漫堤、溃堤和潮水倒灌的问题,建立了在洪水和风暴潮共同作用下的天然河道漫溃堤洪水在防洪保护区的一二维水动力耦合模型。在兼顾计算效率和精度的基础上,分区剖分网格,设置合理的网格面积;根据植被和地物的不同,分区设置糙率;通过宽顶堰的方式将河道一维模型和防洪保护区二维模型进行侧向耦合;采用基于侵蚀的渐变溃破坏方式模拟河道溃堤过程,实现了河道上游发生洪水和下游遭遇外海风暴潮的复杂情况下精细化模拟。实例研究表明,所建模型可灵活处理复杂多变的水力条件,模拟结果合理可靠,可为防汛部门制定决策提供有力的科学依据。     

双孔护镜门闸顶泄流水动力特性与流态特征的三维数值模拟研究

江苏南京三汊河河口闸工程采用双孔护镜闸门,为了准确揭示其典型挡水工况下(大闸门关闭,闸顶溢流)闸后水流的水动力特性与流态特征,本文建立了基于时均雷诺方程和RNG k-ε紊流模型方程的封闭模型方程组,对河口闸典型挡水工况的泄流流态进行了三维数值仿真研究。采用非结构化四面体网格和分体网格技术对复杂边界条件下的数值模拟进行优化。计算结果与物理模型试验结果吻合良好,揭示了典型挡水工况下水闸下游水流流态、涡漩结构规律和流速分布特征,对这种新型闸门的安全运行与结构稳定具有重要意义。     

SWMM模型模拟雨洪原理剖析及应用建议

通过对SWMM模型结构和参数的剖析,证明其对城市雨洪形成过程的描述是符合迄今为止人们对城市产汇流规律的认知的。采用的产流分析方法以水文学为基础,汇流分析方法以水力学为基础,其物理概念清晰。包含的参数大多具有几何意义或物理意义,但有些参数之间存在互补性或相依性,这就要求在率定这些参数时应设法减少"异参同效"的影响。汇水区出口的雨洪过程的复合采用同时刻叠加的方法,表明来自不同部分洪水的相互干扰是被忽略的。     

基于结构化网格的风力提水机叶片三维数值分析及试验研究

采用FLUENT软件对设计的具有航空翼型的带扭转角的风力提水机叶片进行了结构化网格数值模拟分析。计算结果表明,所设计的低实度风轮风力提水机能在2.8 m/s的轻风下起动,叶片三维流动特性良好。在额定工况下叶片气流未出现明显分离现象,最大风能利用系数可达0.43,较传统的风力提水机的风能利用率提高22.8%。最后通过小型开口低速风洞的叶片物理模型试验进一步验证了数值模拟的可靠性。     

泥浆侧排浓度扩散特性二维水沙数学模拟研究

涉水工程在施工过程中产生的高浓度泥浆排放必将污染下游河道,给下游生产、生活用水带来影响。因此准确预测高浓度泥浆排放对下游河道的影响程度及范围具有重要意义,本文以含沙水流为研究对象,采用一般曲线坐标系下的平面二维水沙数学模型对长江武汉河段过江隧道施工过程中泥浆排放对下游河道的影响进行模拟和计算。结果表明：模型能较为真实地反映不同水流条件下不同浓度的泥浆在水流中的扩散范围。可为泥浆排放口下游的生产、生活用水决策提供必要的参考依据。     

EXPLICIT SIMULATION ON THE TRACK AND INTENSITY OF TROPICAL CYCLONE WINNIE （1997）

1. INTRODUCTION The Tropical Cyclone (TC) is a localized vortex characterized by strong multiscale interactions. Its horizontal extent is typically several hundred to a thousand kilometers, but the energy responsible for the whole system is mainly release…