南海北部海域海底沙波演化特征

在对沙波的成因、形态以及运移机制充分探讨的基础上,给出了预测计算海底沙波形成与运移规律的理论模式。以此为基础建立了南海北部海域海底沙波波长及沙波移动的数学模型,对较大范围内的沙波形态及其运移规律进行了计算,成果表明计算区域海底沙波在正常水流条件下迁移速率相对较小,可视为比较稳定的地貌类型,为该海域海底工程实施提供参考。     

Evaluation of numerical wave model for typhoon wave simulation in South China Sea

The simulating waves nearshore (SWAN) model has typically been designed for wave simulations in near-shore regions. In this study, the model's applicability to the simulation of typhoon waves in the South China Sea (SCS) was evaluated. A blended wind field, consisting of an interior domain based on Fujita's model and an exterior domain based on Takahashi's model, was used as the driving wind field. The waves driven by Typhoon Kai-tak over the SCS that occurred in 2012 were selected for the numerical simulation research. Sensitivity analyses of time step, grid resolution, and angle resolution were performed in order to obtain optimal model settings. Through sensitivity analyses, it can be found that the time step has a large influence on the results, while grid resolution and angle resolution have a little effect on the results.     

Mathematical model of wave transformation over radial sand ridge field on continental shelf of South Yellow Sea

According to a deformed mild-slope equation derived by Guang-wen Hong and an enhanced numerical method,a wave refraction-diffraction nonlinear mathematical model that takes tidal level change and the high-order bathymetry factor into account has been developed.The deformed mild-slope equation is used to eliminate the restriction of wave length on calculation steps.Using the hard disk to record data during the calculation process,the enhanced numerical method can save computer memory space to a certain extent,so that a large-scale sea area can be calculated with high-resolution grids.This model was applied to wave field integral calculation over a radial sand ridge field in the South Yellow Sea.The results demonstrate some features of the wave field:(1)the wave-height contour lines are arc-shaped near the shore;(2)waves break many times when they propagate toward the shore;(3)wave field characteristics on the northern and southern sides of Huangshayang are different;and(4)the characteristics of wave distribution match the terrain features.The application of this model in the region of the radial sand ridge field suggests that it is a feasible way to analyze wave refraction-diffraction effects under natural sea conditions.     

沙波运动对冲积河流悬移质冲刷不平衡输沙的影响

基于冲积河流河床活动交换层动力学基本方程和悬移质不平衡输沙方程,利用数值方法计算了冲积河流冲刷不平衡输沙过程。结果表明,冲积河流床面沙波准周期性运动的动力学特征影响了河床中泥沙暴露至河床表面的速度,延缓了河床冲刷时由河床表面补充到水体中的速度,从而对悬移质不平衡输沙产生显著影响。分析结果同时表明,悬移质冲刷不平衡输沙恢复饱和系数的理论值是在不考虑沙波运动对河床内部泥沙暴露到河床表面的速度的制约条件下得到,使得理论值大于经验统计值。     

波浪传播的数值模拟与物理模拟耦合模型

此文对于二维波浪的传播建立了数值模拟与物理模拟的耦合模型。模型中,数值模拟采用基于改进Boussinesq方程的三角形网格有限元模型,物理模拟采用推板式造波机。模型的求解采用空间五点的拉格朗日插值和时间的四阶Runge-Kutta格式。通过波浪模拟实验研究了耦合模型在不同波浪要素下的适应性。进一步针对于规则波和不规则波分别建立了实时修正由于造波机造波性能所引起的模拟误差的方法。波浪模拟实验结果表明,耦合边界附近数模结果与物模结果吻合很好,实时修正方法能很好修正由于造波机造波性能所引起的模拟误差,耦合模型和实时修正方法能有效建立起数模与物模的确定性联合。     

南海中尺度海域低放废水数值模拟研究

低放废水的排放一直是国内外关注的问题,目前国内多数研究采用小尺度海域模拟短期低放废水排放后的迁移扩散状况。以南海中尺度海域为例,采用MIKE模拟软件,分析南海中尺度海域的潮汐特征,模拟计算低放废水长期排放后的浓度场分布规律。研究表明:放射性核素氚的浓度场分布情况主要受到潮流场、余流的影响,雷州半岛东部低放废水排放情形下,放射性核素环抱于雷州半岛,并在北部湾迁移扩散,主要流向为西北和西南向;雷州半岛西部排放的主要流向为西北和西南向。就东西部低放废水排放比较而言,西部排放更加有利于低放废水的稀释扩散,排放口附近海域氚的浓度活度较高,对海洋环境敏感目标影响较小。     

华南沿海防浪林带种植宽度对消浪效果影响的试验研究

相关研究表明:植物带的宽度是影响防浪林消浪效果的主要因素。为此,本文依据华南沿海的实际情况对防浪林树种、波要素、滩地坡度等进行了选取,精细模拟了防浪林带不同宽度时波浪对海堤的冲击及爬高情况,深入分析了破碎波条件下防浪林带宽度对消浪护堤效果的影响,研究成果可供类似人工防浪林设计参考。     

水体中不可溶沉降型污染物迁移规律研究进展

分别对沉降型憎水有机物自入水点至床面的吸附沉降过程、污染物沿床面的迁移扩展过程、沉底污染物向上覆水体的再悬浮释放过程、上覆水体中污染物的迁移(对流扩散、吸附-解吸、自净、挥发及沉降等)过程等4个不同阶段的污染物迁移转化特征及数学模拟的研究进展进行了综合评述,可为突发事故情况下该类污染物进入地表水体后水质风险预报提供基础理论及技术参考。     

中国南海北部湾海区风浪极值参数的研究—LAGFD数值模式群的应用

本文采用先进的LAGFD风,浪模式对影响南海北部湾海区的最强的75个热带气旋个例逐个后报,根据 Weibull三参数分布给出了北部湾海区（1/2）°×（1/2）°网格上共38个点的风和海浪的多年一遇参数,使人们对该海区有全面地了解,为海洋环境研究与工程开发提供了基础参考数据。     

波浪对渤海近岸海冰冲击作用的数值模拟

海冰在波浪冲击作用下可能会发生断裂,通过数值模拟定量地描述波浪引起的海冰断裂对海工结构的运行安全以及分析海冰断裂处海水与大气之间的热交换有重要作用。该文利用建立的三维数值波浪水池,将海冰视为刚性平板,结合渤海冬季海冰、波浪的相关参数,研究海冰受波浪冲击的垂向冲击力、水平冲击力、弯矩和最大弯曲正应力随波高、冰长及冰厚的变化规律;并结合渤海海冰的弯曲强度,推断海冰发生断裂的极限参数,结果表明:在渤海海域某些特定条件下,海冰断裂极限波高、冰长和最小冰厚分别为0.504 m、4.273 m和0.098 m。     

库区滑坡涌浪传播及其与大坝相互作用机理研究

库区滑坡涌浪可能危及大坝及下游安全,基于流体动力学的滑坡涌浪数值模拟可获得完整的分析数据,将成为研究滑坡涌浪与大坝作用过程的重要手段。本文以某大坝上游约1300 m的3#变形体滑坡涌浪为研究对象,建立库区三维滑坡涌浪数值模型,并通过水工物理模型试验对其模拟精度和有效性进行了验证。研究结果表明,数值模拟得出的涌浪高度变化、水面起伏过程与水工物理模型试验结果基本一致,数值模拟能反映滑坡涌浪传播及其与大坝相互作用的整个过程。最后基于数值模拟获得的数据,分析了滑坡涌浪与大坝作用过程,以及坝面动水头与坝前涌浪高度的变化关系。分析认为,库区水体反复震荡、叠加而形成的涌浪对下游沿岸安全危害可能更大,大坝坝顶及下游有必要采取避险措施;最大动水头小于涌浪高度,若采用静力方法计算分析坝体稳定应力,其结果偏于安全。     

微囊藻水华暴发的水动力机理与模拟研究进展

微囊藻水华暴发会加剧水质恶化,影响用水安全,破坏水生态系统平衡,威胁人类健康,是全球普遍面临的水生态灾害之一。微囊藻水华暴发的水动力机理与模拟是开展相关水华防治的关键,是当前环境与生态水力学研究的前沿热点与难点。本文对国内外微囊藻水华暴发的水动力机理与模拟研究工作进行了梳理,包括:归纳了微囊藻自主迁移的生物学机制;总结了静水环境下微囊藻个体与群体的垂向迁移机制;梳理了风生流、异重流等典型流态下微囊藻聚集的水动力机理;从粒子模型与连续介质模型角度,阐述了微囊藻迁移分布模拟方法以及应用;凝练了微囊藻水华暴发水动力机理与模拟研究领域未来需要解决的若干关键问题。     

河流潜流带氮素迁移转化数值模拟研究进展

系统归纳了描述潜流带氮素迁移转化行为的水动力、溶质运移、微生物生长数学模型及其耦合关系,分析了耦合模型的主要参数及其影响因素,探讨了试验数据获取、过程耦合关系建立、模型参数识别对数值模拟不确定性的影响。针对现有研究的不足,提出了未来应加强潜流带原生环境监测、热传输过程与其他过程耦合、多维度多过程耦合模型优化计算等方面的研究。     

基于分层建体的多孔介质模型在植物消浪模拟中的应用

为了探讨多孔介质模型是否适用于研究破碎波条件下的植物消浪问题,以立面二维自由面紊流模型为工具,建立了基于植物冠层特征的分层多孔介质模型,精细地模拟了近岸破碎波对植物带的冲击,且在瞬时波面形态、波面线、波浪最大爬高、堤脚时均压力过程线等几方面与物模试验成果进行了详细对比。结果表明,分层建体的多孔介质模型计算精度较高,能够很好地模拟植物区的消浪过程,该数值模拟方法可以用于植物消浪问题的研究。     

小浪底—陶城铺河段河床沙波的模型分析

对小浪底—陶城铺河段模型河床的沙波尺寸进行了量测统计,分析了模型试验条件下不同水沙条件、不同河段床面沙波的分布特征和沙波形态变化规律。结果表明:沙波尺寸自上游向下游逐渐减小,洪水对河床沙波形态的塑造比较均匀,连续性比较好,沙波尺度也较小;经过持续小水后,沙波形态变得比较离散,沙波的尺度也比较大;弯道河段的沙波尺度较过渡直河段偏大一些,河湾不同部位的沙波尺度变化不大;河道来水条件和河床比降、床沙中径等因素对河床沙波的形成及几何形态特征具有明显影响。     

南海东北部海域潮汐模式的模型参数最优估计

利用深海高度计资料对南海东北部海域潮汐模式的模型参数进行了最优同化估计。模型参数包括底摩擦系数和开边界条件。得到的最优底摩擦系数的平均值为0.0085,取值较大的区域有台湾岛的东北部和西南部及吕宋海峡,而这些海域也是内潮响应较强烈的海域。     

突发事件泄漏石油类污染物在水环境中迁移转化研究进展

突发事件泄漏的石油类污染物在水体中的迁移转化规律一直是环境水力学研究的难点.根据石油类污染物的物理、化学特征,针对其在水体中不同阶段的运动动力学特征,分别从油膜在水体表层的扩展迁移过程、水体表层油膜的风化过程、油膜污染物向下层水体的扩散过程、水体中石油类污染物的迁移转化过程、石油类污染物的迁移转化过程物理试验、常用溢油...     

基于 T/P 资料分析南海海面风、浪场特征及其关系

本文以T/P卫星高度计提供的海面风、浪资料为基础,利用自然正交函数对南海海面风、浪场进行展开,然后找出统计上显著的几个典型场,探讨南海海风、浪场的时空分布特征及其关系。分析结果显示,南海海面风、浪场的第一、第二模态具有很好的相似性,第三模态却表现出明显不同的特征,这一结果可以很好地反映南海海面风、浪场间的关系,从而为海浪场的经验预报和分析提供参考。     

静水中长鳍扭波推进的水动力数值研究

长鳍扭波推进是一种典型的鱼类游动方式,具有高效、低噪、机动灵活等一系列优点。该文以"尼罗河魔鬼"鱼为仿生研究对象,采用弹性光顺法和局部网格重划法的动网格技术对大摆幅的长鳍扭波推进运动流场进行了数值计算研究,鳍条最大摆幅高达85°,对长鳍扭波推进在系泊状态下的水动力进行了研究,并与试验结果进行了比较验证。数值分析了鳍面压力分布及其随相位的变化,以及与推力产生的关联,并分析了长鳍扭波推力随扭波频率的变化,研究表明,系泊状态下,推力系数不随频率而改变。     

Numerical simulation of the internal wave propagation in continuously densitystratified ocean

A numerical model is proposed to simulate the internal wave propagation in a continuously density-stratified ocean, and in the model, the momentum equations are derived from the Euler equations on the basis of the Boussinesq approximation. The governing equations, including the continuity equation and the momentum equations, are discretized with the finite volume method. The advection terms are treated with the total variation diminishing （TVD） scheme, and the SIMPLE algorithm is employed to solve the discretized governing equations. After the modeling test, the suitable TVD scheme is selected. The SIMPLE algorithm is modified to simplify the calculation process, and it is easily made to adapt to the TVD scheme. The Sommerfeld＇s radiation condition combined with a sponge layer is adopted at the outflow boundary. In the water flume with a constant water depth, the numerical results are compared to the analytical solutions with a good agreement. The numerical simulations are carried out for a wave flume with a submerged dike, and the model results are analyzed in detail. The results show that the present numerical model can effectively simulate the propagation of the internal wave.