基于FVCOM的獐子岛附近海域三维潮汐潮流数值模拟

基于采用不规则三角网格的海洋模型FVCOM(An Unstructured Grid, Finite Volume Coastal Ocean Model), 对獐子岛附近海域的潮汐、潮流进行了精细化数值模拟研究, 模拟的潮汐、潮流与实测值符合良好, 表明建立的该海域精细化潮汐潮流数值模型合理可靠。依据计算结果绘制了M2、S2、K1和O1分潮的同潮图和潮流椭圆图, 并对该海域潮汐潮流特征进行了系统分析。结果表明, 獐子岛附近海域的潮汐主要以规则半日潮为主, 水平潮流多为旋转流, 旋转方向大部分为逆时针; 近岸海区和水道之间多为往复流, 在大鹿岛以南海域也存在一往复流的区域。在123.75°E以东存在一顺时针旋转的区域。由潮余流场的特点可看出, 獐子岛等各岛屿周围均形成气旋式的绕岛流, 流速一般位于8—12cm/s之间, 离岸线较远的外海区域余流较小, 只有1—2cm/s。本文所得结论, 有助于增加对整个獐子岛海域潮汐潮流特性的全面认识。     

湛江湾三维潮汐潮流数值模拟

基于采用不规则三角网格和有限体积方法的FVCOM模式,建立湛江湾附近海域的三维潮汐潮流数值模型,通过验证,结果与观测数据符合良好,重现了湛江湾的潮位和潮流变化状况.根据模拟结果计算得湛江湾的潮汐有明显不规则半日潮特征,主要分潮波M2、S2、K1、O1主要从外海传入,不构成独立的潮汐系统,其中M2分潮的最大振幅为109c...     

温州鳌江近海建设工程环境影响潮汐潮流数值模拟

收集了近年来鳌江口附近海域多个工程不同阶段5个潮位站的3-5年潮位实测数据和部分海流实测资料,通过对鳌江口附近海域的不同年份的水位资料进行潮汐调和常数分析,鳌江近海海域主要为半日潮区,其中M2分潮的振幅在170~193 cm;迟角在260°~280°之间,这些站的2007年、2010年、2011年调和常数分析结果相比,主要的半日分潮M2、S2、N2,全日分潮K1、O1及浅水分潮M4、MS4、及M6等分潮振幅、迟角的最大变化分别在1.8~4.4 cm和3°~7°之间。在初步掌握了鳌江口潮汐潮流特征的基础上,采用无结构的三角形网格和有限体积法的FVCOM海洋数值模型,进行模拟结果验证,计算结果与实测数据符合良好。构建重点年份建设工程合拢产生新的岸线水深的潮汐潮流场,刻画鳌江口建设工程的叠加影响。     

北部湾三维潮汐潮流数值模拟

潮汐潮流变化对海洋建设、民生、国防等方面都有重大意义,深入了解北部湾潮汐潮流变化可为北部湾沿海港口航道建设等提供重要的参考依据。本文基于有限体积海岸海洋模型(Finite-volume coastal ocean model, FVCOM)建立了一个三维潮汐潮流数值模型,对北部湾的潮汐潮流进行数值模拟分析,同时收集了历史潮位站、2个实测潮位站以及4个海流实测站点数据对模型结果进行对比验证。结果表明,北部湾湾内以规则全日潮为主,湾内同时存在规则全日潮流、不规则全日潮流以及不规则半日潮流,潮流运动形式主要以往复式潮流为主。在涨落急流场中,最大流速点位于琼州海峡口处,流速达到157 cm/s,计算得到的最大可能流速也位于琼州海峡内。北部湾内余流平均流速为2 cm/s,余流通过琼州海峡从外海进入北部湾,并沿着广西近岸流动,在湾内形成一个气旋式环流。通过与实测资料对比,本研究所进行的数值模拟结果与实测资料基本吻合,能够反应出近年来北部湾水动力状况,为北部湾海洋工程建设以及环境保护提供了重要的科学依据。     

杭州湾潮波三维数值模拟

采用“σ坐标下的三维数值模式”来模拟杭州湾三维潮波运动,水平方向上以较小尺度的差分网格覆盖计算区,垂直方向上给予均匀的分层,对占本湾水位谱总能量80％的半日潮波M_2和半日潮波m_1((K_1+O_1)/2)两类进行了数值模拟。水平流动和潮位的计算结果与相应的实测值拟合良好。计算表明,水平潮流具有明显的往复流性质,主要呈东-西方向;流速自湾口向湾顶增加,M_2分潮流最大可达270cm/s左右,m_1分潮流最大可达24cm/s左右。在太阴时1和13时,于湾的中部偏南存在一个弱的逆时针向的大涡旋;在7和19时于上述位置存在一个弱的顺时针向的大涡旋。垂直流速振幅一般为10~(-2)—2×10~(-2)cm/s,最大可达2.5×10~(-2)cm/s,位于乍浦附近的底层水域中。     

温州鳌江近海建设工程环境影响潮汐潮流数值模拟(英文)

收集了近年来鳌江口附近海域多个工程不同阶段5个潮位站的3~5年潮位实测数据和部分海流实测资料,通过对鳌江口附近海域的不同年份的水位资料进行潮汐调和常数分析,鳌江近海海域主要为半日潮区,其中M2分潮的振幅在170 cm~193 cm;迟角在260°~280°之间,这些站的2007年、2010年、2011年调和常数分析结果相比,主要的半日分潮M2、S2、N2,全日分潮K1、O1及浅水分潮M4、MS4、及M6等分潮振幅、迟角的最大变化分别在1.8 cm~4.4 cm和3°~7°之间。在初步掌握了鳌江口潮汐潮流特征的基础上,采用无结构的三角形网格和有限体积法的FVCOM海洋数值模型,进行模拟结果验证,计算结果与实测数据符合良好。构建重点年份建设工程合拢产生新的岸线水深的潮汐潮流场,刻画鳌江口建设工程的叠加影响。     

北部湾潮汐潮流的数值模拟

基于正交曲线坐标的ECOMSED三维水动力模式,对北部湾的潮汐潮流进行数值模拟。选用不同的海底摩擦系数、海底粗糙度系数以及水平湍流摩擦系数进行数值试验。试验结果表明,当海底摩擦系数取2×10-3～3×10-3,海底粗糙度系数取1×10-3～2×10-3m,而水平湍流摩擦系数取1×102～5×103m2/s时,模拟所得潮汐、潮流结果与实测数据吻合较好;并由此对北部湾的潮汐、潮流和潮余流等特征进行了分析。还给出了垂直湍流黏滞系数呈抛物型的分布特征。对该海域的水动力状况有了进一步的了解,为该海域的环境保护规划提供了科学依据。     

大亚湾海域潮流和余流的三维数值模拟

用三维陆架海模式(HAMSOM)对大亚湾海域的潮汐、潮流和余流进行了数值模拟研究,模拟结果与实测值吻合较好。给出了潮流性质、主要分潮的潮流椭圆和余流。计算结果表明,大亚湾海域的潮流性质以不正规半日潮为主,水平潮流具有明显的往复流性质,主要呈南-北方向,落潮流速比涨潮流速大,其中表层M2分潮最大流速为25.3cm.s-1。流速受地形的影响,在大辣甲和黄毛山岛之间以及两岛与岸之间的区域流速较大,尤其在湾的东北角狭长地形处流最急,流速最大;靠近岸边流速较小,水平速度的垂向变化不大。夏季湾内余流较小,海域自净能力较弱。冬季湾内水体的自净能力随流场强度加强而加强。     

南海潮汐潮流的数值模拟

本文用二维球坐标数值模式计算了南海m₁[=(K₁+O₁)/2]和M₂分潮的分布.计算范围从2°N到25°N,99°E到121°30'E,坐标的经向纬向、格距均为1°/4.计算结果与92个实测站进行比较符合良好,m₁分潮振幅的平均误差为4cm,迟角为7°.M₂分潮振幅的平均误差为9cm,迟角为12°.根据计算结果给出南海m₁和M₂分潮的潮汐、潮流、潮余流和潮能通量分布图.     

泰国湾及邻近海域潮汐潮流的数值模拟

本文基于FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model)模式,模拟了泰国湾及其周边海域K1、O1、M2和S2四个主要分潮。采用47个验潮站实测调和常数与模拟结果进行比较,所得4个分潮的均方差分别为4.06cm、3.76cm、8.22cm和4.71cm,符合良好。根据计算结果分析了泰国湾及其周边海域的潮汐、潮流的分布特征和潮波的传播特征。数值试验表明,现有的数字水深资料(ETOPO1,ETOPO5,DBDB-V)的准确度不足以合理地模拟泰国湾潮波。     

Numerical Tidal Current Modeling Using Fine Boundary Fitted Grids for Tidal Flats

Fine grids with small spacing in boundary-fitted coordinates are normally used to treat thecomputation of fluid dynamics for estuarine areas and tidal flats.However,the adoption of Cartesian com-ponents of velocity vectors in this kind of non-orthogonal coordinates will definitely result in a diffculty insolving implicitly the transformed momentum equations,and also complicate the wet-dry point judgementused for flood areas.To solve this problem,equations in terms of generalized contravariant velocityvectors in curvilinear coordinates are derived in the present study,by virtue of which,anAlternative-Direction-Implicit numerical scheme in non-orthogonal grids would then be easily obtained,and wet-dry point judgement would as well be largely simplified.A comparison is made between the explic-it scheme and implicit scheme,showing that the present model is accurate and numerically stable for com-putations of fluid dynamics for estuarine areas and tidal flats.     

A Numerical Computation Method for Current Field in Tidal zone

- In this paper, a numerical computation method is developed for the computation of current field in the tidal zone, using the well-point method and ADI method. The computational results agree well with the general variation of current field in the tidal zone.     

Numerical Simulation of Tidal Current in a Bay

—Based on the multilevel model,numerical calculations of tidal current affected by the M_2 tidein the Tokyo Bay have been carried out.The results of calculation are compared with the data observed inthe Tokyo Bay and the result calculated by an approximate formula as the Tokyo Bay is regarded as a rec-tangular bay,and good agreement is found.It is proved that the mathematical model and the calculationmethod are correct and useable.     

潮流与泥沙数值模拟回顾及进展

回顾和总结了近年来国内外潮流与泥沙数值模拟的进展,评价分析了数学模型的多种数值解法,特别是有关二维、三维潮流数值模拟以及水沙数学模型近年来的进展,并根据目前潮流、泥沙数值模拟技术中存在的不足,讨论了进一步研究的方向和发展趋势。     

Corrected Formula of Bed Resistance Coefficient for Plane Numerical Simulation of Tidal Current

By means of a logarithm law for the velocity profile,a corrected formula of bed resistancecoefficient,which involves many factors such as gradient of still water depth,variation of surfaceelevation,flow direction,and so on,is derived from the 3D governing equations of tidal current by aver-aging over the whole water depth.Theoretical analysis and application have shown that the 2D plane tidalcurrent numerical model would be more reasonable and could be applied to steep bottom topographywhen the corrected bed resistance coefficient is used,therefore the results of reproduction simulation andengineering calculation would be more scientific and reasonable.     

水平轴潮流能水轮机数值模拟方法对比分析

叶素动量理论和CFD方法是水平轴潮流能水轮机性能分析中运用较为广泛的数值模拟方法,文中结合小尺寸水轮机模型试验,对比分析了叶素动量理论和CFD方法在水轮机性能分析中的准确性和适用性.验证结果表明:叶素动量理论和CFD方法均能对水轮机的性能进行预报,且CFD精度高于动量叶素理论;大尖速比时,动量叶素理论偏离较高,不再适合性能预报;在小尖速比下,建议采用RNGk-ε模型的CFD方法进行分析计算;动量叶素理论适合设计初期设计方案的对比分析,而CFD方法适合对设计结果的验证校核和详细分析.     

Numerical Modeling of Wave and Current Interaction in the Tidal Inlet Area

This paper investigates the phenomena of wave refraction and diffraction in the slowly varying topography, as well as the current deflection due to wave actions. A numerical model is developed based on depth integrated mean continuity equation and momentum equations, and a 3rd-order wave equation which governs the wave diffraction, refraction and interaction with current. Examples to examine the above model are given comparing with the laboratory data or the numerical results of other researchers. An example simulating the inlet area shows the interesting velocity field which may be used as a pioneer to further study on the nearshore hydrodynamics and sedimentation.     

黄岛电厂取水工程潮流泥沙数值模拟

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二维潮流场和泥沙场数学模型,对黄岛电厂取水海域的潮流场、泥沙场进行了数值模拟和分析,对电厂取水口的泥淤积强度进行了计算。计算结果表明,电厂取水口附近海区流弱水清,取水口泥沙淤积轻微,对电厂取水基本没有影响。     

潮流能量的提取及对其流速的影响

本文在经过验证的Quoddy Region海域三维潮流数值模型的基础上,植入了提取潮流能的数值计算模块。确定了Western Passage在3种涡轮机布设方式下能够提取的能量以及提取能量的效率,其中采取3排涡轮机交叉布设的方式时,1个大小潮时间内提取的能量最高,可达1 148.1MWh,提取效率为4.57%,远高于另外2种方式。在单排涡轮机布设的实验中(实验一),通过改变速度衰减系数,得到了可提取能量随速度衰减系数的变化曲线,该曲线与前人在理论分析时得到的曲线类似。同时本文还分析了提取潮流能给周围流场带来的影响。     

广西近岸海域潮流数值模拟

采用有限元三角形网格的分步杂交方法,建立了广西近岸海域的二维潮流数值模型,计算值与实测资料符合较好。采用主要分潮组合输入,模拟了研究海域的平均潮潮流场。模拟结果表明:涨急时,潮流向为东北方向,最大涨潮流速为74cm/s左右;落急时,潮流向为西南方向,最大落潮流速约100cm/s,落潮流速大于涨潮流速。近岸区域潮流为往复流,离岸边越远潮流越接近旋转流。