黄骅港海域三维流场数值模拟

利用三维潮流数学模型模拟黄骅港附近海域的流场,分析了黄骅港建港前后海域潮流场的主要变化,以及建筑物引起的沿堤流和口门横流及其对泥沙运动的作用.在NE向8级风作用下,黄骅港附近海域水流的垂向流速变化非常显著,对泥沙输移起重要作用.     

基于FVCOM的杭州湾三维泥沙数值模拟

应用FVCOM建立了三维潮流泥沙数学模型,根据实测水文资料,对杭州湾开展了三维潮流泥沙验证,结果基本满意.应用模型计算了杭州湾大潮期间涨落潮泥沙输运过程,通过平面、立面的泥沙分布特征,成功再现了杭州湾潮流泥沙的运动过程.尽管模拟精度达不到平面二维模型的水平,但为三维潮流泥沙模型在强潮河口湾的应用作了重要的探索,通过进一步完善模型参数及分析,模型可以应用于涉水建筑物对附近三维水沙影响的分析评估,可为强潮河口湾开发、水环境保护及生态建设等提供更加丰富的研究成果,具有广阔的应用前景.     

田湾核电站海域潮流泥沙数值模拟研究

建立了基于不规则三角形网格的考虑波浪及其破碎作用的潮流泥沙数学模型,在对模型进行充分验证的基础上,对田湾核电站海域的潮流泥沙进行了数值模拟,对潮流场泥沙场特征进行了分析;对连云港港口扩建(旗台港区建设)规划方案对田湾核电站已建取水工程的影响进行了数值模拟研究,计算了取水明渠口门附近岸滩的冲淤变化及取水口设计水深等深线的位移.研究结果表明:连云港港口扩建后,已建的田湾核电站取水明渠口门附近水域变成泥沙淤积环境,滩面将会淤高,设计的取水口门水深等深线将会外移,核电站正常取水将会受到影响.     

基于FVCOM模式的温排水三维数值模拟研究

为反映河口海湾温排水所具有三维结构特征,在基于三维非结构有限体积海岸和海洋模型(FVCOM 2004版)建立的三维潮流数值模型基础上,采用类似的有限体积法开发了一个三维温排水对流扩散模型用于模拟近岸海域温排水的扩散输运过程,并应用该模型对象山港内某滨海电厂的温排水进行了计算,模拟得到了温排水对流扩散过程的三维分布特征,即电厂冷却水温排放后,温差所产生的浮力效应使温排水趋于海水上层输移,海水上层温升与深层温升存在明显的垂向差异.     

ENE向大风对黄骅港海域三维流场影响的模拟分析

使用DELF3D-FLOW模型模拟了ENE向8级大风作用下黄骅港海域的三维潮流场,并和无风作用时的潮流场进行比较分析。结果表明：大风作用时黄骅港近海海域出现明显的增水现象;大风对黄骅港行道附近涨潮流的增大作用并不明显,而对落潮流的减小作用很显著,潮流动力失衡可能导致黄骅港近岸泥沙含量较高;沿堤流及沿岸流作用加强。这些现象的综合作用,可能是港口及航道产生骤淤的原因。     

基于FVCOM的强潮海湾三维潮流数值模拟

采用三维非结构网格、有限体积的河口、陆架和海洋模型FVCOM模拟强潮海湾三门湾的三维水动力特征.模拟研究表明:FVCOM模型能很好地用于类似三门湾这样的具有复杂岸线、地形、多汊道的强潮海湾;由于垂向混合较强,三门湾表、底层的流场及余流场结构基本一致;受大柴门、田湾山诸岛复杂岸线、地形影响,大柴门、田湾山诸岛连线以西诸水域,余流总体上指向东南向外海;大柴门、田湾山诸岛连线以东至花岙岛的满山水道水域,余流呈顺时针环流结构,最终沿石浦水道净泄入海;FVCOM模型的干湿判别功能基本能较好地反映涨落潮过程中强潮海湾的滩地出露特征.     

基于ECOMSED的非恒定流水域盐水入侵数值模拟

为了研究非恒定流水域盐水入侵后的水流特性,利用ECOMSED三维海洋水动力模型,对该水域的潮流场和盐度场进行了三维数值模拟。模拟结果显示:在水槽弯曲处靠近主流线一侧盐度较高;靠近河口处的盐度纵向变化受潮差影响较大;底层咸水入侵的最远距离远大于表层;盐水分层现象在小潮时相对更为明显。该数学模型基本反映了非恒定流水域的盐水入侵特性,并可用于进一步分析盐分输移的机理以及预测盐度的分布情况。     

太湖湖流、波浪、沉积物的三维数值模拟

运用ECOMSED模拟风速为6.5 m/s定常东南风作用下太湖流场及波浪场,对模型的适用性及可靠性进行验证;在此基础上进行波流共同作用下沉积物再悬浮数值模拟,得出沉积物-水界面切应力及水体中悬浮物浓度分布。结果表明:太湖有效波高范围在9~29 cm之间,有效波高的空间分布与风速、风向和水深有很大的关系,同时波浪对切应力会产生很大影响,而切应力的分布决定了悬浮物浓度的分布,风浪及地形要素是导致太湖悬浮物浓度变化的重要因子。模拟结果与现有实验成果较吻合,说明运用该模型模拟太湖沉积物再悬浮的结果可靠。     

海湾潮流运动的三维数值模拟研究

针对平面二维数学模型在预测分层流等方面的不足,考虑到海湾岸线和海底地形的复杂性,采用非结构网格上的有限体积法建立了海湾潮流运动的三维数学模型。模型垂向采用σ坐标,动量方程求解考虑地球自转科氏力。数学模型求解采用显式差分技术,采用CFL数作为迭代计算的收敛控制条件。以深圳大鹏湾为例,采用三维数学模型计算了典型大潮、小潮条件下的水动力场。对不同潮型下的潮流流速、流向进行了验证,对湾内的潮流流场进行了分析。结果表明:三维数值计算结果和实测数据符合较好,证实了三维数学模型的可靠性。     

一个水动力泥沙数学模型的伴随算子法敏感性分析

本文报告了把一种高效率的敏感性分析方法一伴随算子法应用到一十水动力泥沙模型的一些初步工作。本文的目的和动机一是问答能否将伴随算子方法应用到包含多种时间尺物理过程的水动力泥抄数学模型中。二是探讨将所得到的敏感性信息如何应甩到与水刹、泥泥工程有关的问题中。将伴随算子方法应用到二维水动力泥沙数学模型中是完全可行的。尽管在数学模型中存在不可微的奇点．由于它们都是孤立的．利用分段求导可以构造伴随模型。     

游荡型河流的平面二维水沙数学模型

为使数学模型能模拟游荡性河流因水流弯曲、分汊等导致的环流输沙作用,本文首先在悬移质泥沙对流扩散方程中增加了横向输沙项,然后引入适合游荡型河流的塌岸模式及局部动网格技术和网格融合技术,解决了河岸变形模拟和河道整治工程导致网格再生、床沙级配变化模拟等关键性难题,开发出可模拟游荡性河流河床演变且可反映河道整治工程作用的平面二维水沙数学模型。最后,以黄河下游柳园口—夹河滩河段为例,应用本文模型对游荡型河流河势变化进行了数值模拟,结果表明本模型能够真实地模拟出游荡型河流独特的河床演变过程。     

水沙实时预测数学模型研究

传统的水沙数学模型基于水沙运动守恒规律,在给定模型参数和边界条件下封闭未知变量,产生可求解的静定方程组。本文在传统水沙数学模型的基础上,引入水沙实时观测值,利用集合卡尔曼滤波等方法,构造水位、流量和含沙量等未知变量的状态空间方程,通过滤波求解获得他们的优化值,并实时更新模型方程的初始场,将传统的水沙数学模型发展为水沙实时预测数学模型。该实时校正模式应用于2011年黄河下游花园口至利津河段调水调沙实验,取得了满意的效果。     

黄河河口海岸二维非恒定水流泥沙数学模型

针对黄河河口海岸岸线变化剧烈和含沙量变幅大的特点，开发和建立了适合黄河河口海岸应用的平面二维动边界非恒定水流泥沙数学模型。验证表明，本模型可以较好地模拟黄河河口海岸泥沙输移和冲淤变化，为研究和解决多沙河口海岸的泥沙问题提供技术手段。     

有浮泥水域的平面二维泥沙数学模型研究

近底泥沙存在底沙和悬沙的频繁交换,数学模型难以精确模拟,浮泥的发育更使近底泥沙边界条件趋于复杂,一个有效的平面二维泥沙数学模型需要正确处理挟沙力、起动流速、泥沙沉速等泥沙参数,本文应用罗肇森对浮泥研究得到的理论和经验公式,成功模拟了椒江口和灵江河段的潮流运动及水体含沙量分布特征,合理预测了水下地形的冲淤变化特点,对有浮泥发育的河口及近海水沙模拟研究作了有益的探索。     

高含沙水流二维数值模拟

一定条件下的高含沙水流具有非牛顿体特性，在天然多沙河流中由于地形分布等因素的影响。流动强度差异较大，往往呈现非牛顿体和牛顿体两种不同的流动特性，本文通过引进水流在不同流动状态下的特征，通过数值实验计算对模型进行了初步检验，计算结果与实际观测到的一些现象定性上完全吻合。     

Development of a quasi-3d numerical model for sediment transport prediction in the coastal region

To predict sediment transport in the coastal environment is of particularly importance for coastal and environmental engineers. The conventional 2DH computer models have certain limitation for their application in the complex flows. To describe details of flow structure across the water column and intra-wave processes, which are crucial for sand transport calculation, the present paper discussed implementation and validation of an intra-wave sand transport model with an existing phase resolving wave-current model. Model formulation and assumptions are presented briefly with details of model testing on several existing laboratory experiments. The model-data comparison indicates the ability of the numerical model system for sand transport prediction in a prototype scale. Further model validation and testing on field measurements are also needed.     

一种浅水波浪数值模型的应用研究

简述目前几种浅水波浪数值预报模式，介绍了国内外以能量平衡方程预报浅水波浪的若干模式，重点介绍了应用当今最新波浪研究成果发展起来的并经过若干理论及现场观测资料验证的SWAN模型，详细论述了模型的特点及其适用性，其动谱能量平衡方程的数值离散格式及对能量源汇项的处理方法，利用SWAN模型计算了在不同水深时流场对波浪传播的影响，并与线性波流理论计算结果进行比较；最后，将模型应用于海安湾的浅水波浪数值计算，模拟湾内波高及周期场分布，并与观测结果进行比较。     

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.