用潮波能谱计算二维非恒定流

本文根据潮波总能量可用许多已知天文潮频能量的总和来表示以及由线性化的浅水方程,推导出能谱的控制方程。使用三节点三角形的有限元法求解控制方程。进而求得各分潮的流速分量,最后线性叠加求得全计算域的水位和流速.实例证明,本模式解题非常有效并取得了良好的成果,与连云港物理模型试验及 ADI 法计算的成果比较,其结果是一致的。     

无结构网格二维海洋模式的正压梯度力算法改进

基于一套自主研制的无结构网格二维河口海洋数值模式A2D,在大圆湖理想模型下,通过与解析解进行比较分析,采用不同架构配置,改进设计正压梯度力计算方法。改进后的算法中引入了从算架构的配置,以配合主算架构,得到更佳的稳定性。通过水位场平面分布与单点过程线可以发现,三组试验的算法均获得了较好的精度和比原算法更好的稳定性,其中TSNS配置算法(中心点计算水位、边中点计算流速的主算架构,配合节点计算水位、边中点计算流速的从算架构)由于其主算架构更接近结构网格下的C网格,在守恒性、移动潮滩边界处理等方面具有一定优势和便利性,有利于在实际海洋中的计算。将TSNS配置算法在江浙沿海进行试算,水位验证结果与实测基本符合,与原A2D模式计算水位之间无显著差异。TSNS算法在稳定性方面的改进,有助于提升模式升级为三维后的稳定性,为今后模式成功升级为三维打下基础。     

利用POM模拟海州湾温带风暴潮

利用POM模式模拟了2007年0303号温带风暴潮在海州湾的增减水过程,以期为风暴潮预报提供参考。模式计算时采用2重嵌套网格,大网格为小网格提供边界水位和边界流速。风场、气压场由连云港观测站实测资料逐步订正后得到。水位计算值与实测结果基本吻合,很好地再现了风暴潮增减水过程。     

潮流、风暴潮耦合模型推算珠江口海域极值流速

分别采用模式气压场及模式台风场计算气压分布及风速分布,采用地形拟合的sigma坐标水动力方程组及紊流方程建立了潮流、风暴潮耦合模型。三维水动力方程组通过分裂算子法与Casulli半隐式差分格式直接求解。在珠江口的极值流速计算中,先进行了南海北部的潮流、风暴潮耦合模拟,模拟水位与实测值符合较好。以六区域模拟结果为边界,采用嵌套网格方法,在珠江口进行了高分辨率的潮流、风暴潮耦合模拟。选用1968～1999年共65个影响工程区域的台风过程,计算出珠江口的海域年极值流速序列,分析了该海域多年一遇的极值流速分布。     

江东大桥建设对钱塘江水动力的影响

应用二维水流数学模型模拟了江东大桥建设前后大范围的流场,比较了建桥前后水位、流速、流向等水动力因子的变化,评价了大桥建设对工程区域水动力的影响,并与物理模型试验的结果进行对比,分析了结果的合理性。研究成果为大桥的设计和管理提供了技术依据。     

水动力时空变化对近岸风浪演化的影响——以渤海湾西南岸为例

采用SWAN模型和ADCIRC模型建立了风浪、潮汐和水流联合作用的耦合数值模式,并通过渤海湾西南岸实测资料对该模式进行了验证。利用该模式分析了近岸区水位和流场时空变化对风浪模拟结果的影响,计算结果表明水位变化对近岸区风浪模拟结果有显著影响,特别是中等大风过程高潮位时波高受水位影响的变化幅值可达0.5m以上,且水深越浅影响越大。但在岸滩平缓的近岸海域由于流速、流向的时空变化不太剧烈,流场作用和波浪辐射应力作用对波浪场的影响都基本可以忽略。在模拟近岸风浪过程时,应选用耦合模式。     

连云港潮流的数值模拟

连云港位于江苏省东北角,海洲湾以南,是我国五大重点港口之一。为了适应四个现代化建设的需要,连云港的整治和扩建具有重要的经济意义。在连云港物理模型进行试验的同时,我们开展了数学模型的研究。由于物理模型受到场所、设备、时间及劳力的限制,因此,寻找周期短花钱少的数学模型就势在必行了。因为数学模型在复演或预演水流现象时修改模型方便,能迅速提供多种方案供人们选择,因而它可与物理模型相辅相成,取长补短。     

海港水位频率的组合计算

本文提出的海港水位及其频率的组合计算,重点在热带气旋增水与天文潮的组合,将增水从历年实测的热带气旋影响下的水位中分离出来,并分析其频率分布,再同具有确定比率的天文潮位组合,求得组合后水位的频率,并且结合实例说明所求得的结果较目前通常使用的年最高水位抽样组成系列进行计算的结果为佳。     

四维变分资料同化在风暴潮模拟中的平流作用分析

利用基于三维斜压非线性的普林斯顿海洋模型(POM)及其切向线性伴随模式的四维变分数据同化(4DVAR)系统对一个近岸风暴潮个例进行理想同化试验和模拟,着重分析了四维变分数据同化增水改善中的二维平流作用。试验结果表明,同化后的水位结果明显优于同化前的结果,而且同化对预报的影响主要在前5h,尤其是积分到3—4h时同化和无同化的结果差异最大,在5h后同化的影响变得非常小。从平流作用中分析得知,无论是只同化水位还是同化水位和海表流速,同化的结果都增大了沿岸和向岸的平流。与无同化结果相比,同化试验的增水改善主要是来自向岸平流的增大,但只同化水位时由于水位增大使向岸压力梯度减小从而阻碍了向岸流的进一步增大;而同时同化水位和海表流速时,由于流速也被改善,故增水改善更明显和合理。     

一个稳态Kalman滤波风暴潮数值预报模式

利用Kalman滤波资料同化技术将海洋站水位观测资料融入二维线性风暴潮模式中,研制具有资料同化能力的风暴潮预报模式,改进风暴潮模式计算结果.通过在风暴潮模式的动量方程中加入模式噪声项来修正模式本身和气象强迫力的不确定性.确定性模式的输出通过带有观测噪声的观测方程与可利用的海洋站的潮位观测资料联系起来.假定初始的模式噪声和观测噪声满足均值为0的高斯分布,用迭代法得到计算区域的状态向量的稳态Kalman滤波,进而得到风暴潮模式输出的最优线性校正结果.利用这种资料同化技术,对1956年发生在东海的一次强风暴潮过程进行了后报试验,结果表明,该同化方法对短期风暴潮水位后(预)报有一定的改进.     

努港突堤上游淤积年限计算

沙质海岸在斜向波浪作用下将产生沿岸水流及沿岸输沙。因此,若在沿海岸修筑沿岸建筑物必然会破坏该地区的输沙动态平衡,发生明显的局部岸滩变形。本文应用Pelnard-Considere单线理论模式,通过物理模型试验等方法确定了有关计算参数,对毛里塔尼亚的努瓦克肖特港突堤上游的淤积岸线及淤积年限进行了计算,其结果可供港口建设等部门参考。     

潮流数值计算ADI方法的研究

依靠数值试验的方法,作者研究了有关用ADI方法模拟潮流场变化过程时的稳定性、收敛性和计算精度的问题。针对糙率、科氏力、初始水位、时间步长和水深对稳定性的影响,进行了大量的计算。结果表明:由公式求得的β作为计算结果的精度的判别参数是合理的,而β作为计算的稳定性的判别参数就不太适用了。     

微机应用于河工模型试验

本文介绍了以APPLE-Ⅱ微机和以IBM-PC微机为核心部件的水位自动控制和流速、水位数据采集与处理系统以及该系统在河工模型试验中的应用。系统运行时,完全由主程序自动控制给定的边界水位,而后对模型中拟测量的多点水位、流速进行集中采集与处理,列表打印出一系列数据结果,并绘出断面流速分布图和水面线图形。     

黄河三角洲区域的波流相互作用数值分析

将三维水动力-生态模式COHERENS与第三代波浪模式SWAN结合起来,采用该耦合模式数值计算了黄河三角洲的波浪特征波高与特征周期情况,从而探讨水流和波动水位对波浪特征波高和特征周期计算结果的影响。总的说来特征波高、特征周期、流速的计算结果与观测值吻合得较好,说明了COHERENS模式和SWAN模式相结合而成的波流耦合模式能够较好地计算黄河三角洲地区的流场与浪场情况。研究这些动力因素的机制和时空变化规律,对于研究海岸、河口的泥沙运动,海岸侵蚀的机理,合理开发利用自然资源,防止海洋灾害具有十分重大的意义。     

FVCOM 在龙口海域潮汐潮流模拟中的应用研究

利用不规则三角网格和有限体积方法的FVCOM(finite-volume coastal ocean model)模式,建立了高分辨率的龙口海域三维潮汐潮流数值模型,模式结果与实测结果吻合良好。根据计算水位和流速得到了精细的龙口海域M2,S2,K1,O1分潮的同潮图、潮汐潮流类型分布图和潮流椭圆分布图等。结果显示,龙口海域潮汐类型主要为不规则半日潮;屺姆岛以北海域多为往复流而龙口湾内同时存在旋转方向不同的旋转流;最大可能流速分布与岸线和等深线几乎平行,最大值出现在桑岛南侧的狭窄水道;该海域的潮汐余流极大值出现在屺姆岛的西侧,余流流速可达25 cm/s。该结论对于了解龙口海域的动力过程具有重要意义。     

水流作用下滩海工程仿生草防护技术研究

调查分析了仿生草防护技术研究现状,参照中石油辽河油田海南8海底管线海域水流和地质条件,采用1∶10比尺进行水流作用下水槽断面物理模型试验,开展了滩海区域仿生草的缓流效果和仿生草周边泥沙冲淤变化研究。试验结果表明,水流作用下,海底仿生草草内流速减小,草外流速增大;铺设仿生草对减小作用于铺设段海床的水流动力有较好效果,水位较高时,仿生草有较好的缓流促淤效果,但在水位较低、流速较大时,仿生草因铺设密度较大而产生较大的局部冲刷。水深小于2 m的滩海区域要慎重选用。     

海洋流体动力学的一种交替方向隐式二维数值模式

本文提出一种计算浅海潮汐、风暴潮及其他长周期波动的二维数值模式.动力学方程用建立在交错网格上的二步差分子方程近似,两步均为隐格式,其中一步用于计算水位和x方向速度分量,另一步计算水位和y方向速度分量.两步交替进行以获得每一时间步长的值,该格式具有二阶精度.文章用Von Neumann方法证明了该计算格式的线性差分方程是无条件稳定的.为检验数值模式的可靠性,本文作了一系列数值实验.在有一开边界的长方形平底和斜底水域中以开边界处周期性振动和海面处定常风应力驱动下,数值模拟所得结果与解析解完全一致;在水深不连续,边界封闭的矩形水域中,水位对定常风响应的数值解也与Leendertse模式计算结果完全一致.模式还用于对南海风暴潮进行后报,良好地再现了风暴增水过程.     

LAGFD-WAM海浪数值模式——Ⅰ:基本物理模型

LAGFD-WAM型海浪数值模式是一种第三代海浪数值模式,本文详细地介绍了该模式的物理模型,给出了能谱平衡方程、复杂特征线方程、各种源函数,以及物理空间和相空间的边界条件。     

流速逆变张量隐式求解方法及其在航道港池流场计算中的应用

运用高分辨率的边界适应网格进行流体动力学数值计算时,如何提高计算稳定性和减少计算量成为数值求解的关键性问题.在非正交的边界适应坐标系中,每个动量方程中同时出现了两个交叉方向的水位偏导数项,给隐式求解带来困难,而显式格式下的时间步长由于受与空间步长有关的Courant-Friedrichs-Lewy条件限制,计算量成倍增加.本文从广义曲线坐标系下浅海动力学方程组出发,导出了流速的逆变张量所满足的动量方程组,使方程中的水位偏导数项变成了沿某一协变基向量方向占优的形式,方便地采用了交替方向隐式差分格式,从而提高了计算稳定性并减小了计算量.本文通过对澳门海域航道和港池中流场的计算,证实了该模式是一种进行高分辩率数值计算的有效方法.     

电厂港池取水工程泥沙回淤研究

运用半封闭港区水域泥沙回淤研究结果，以及电厂港池取水物理模型试验结果，提出电厂港池取水回淤计算模式。应用此模式对某港拟建电厂各取水工况进行港池航道回淤计算分析。