应用数值模拟方法探讨河口最大浑浊带若干机理

利用平面二维潮流方程结合悬沙输运方程模拟了河口最大浑浊带现象。并且对河口边界进行进一步概化 ,比较了恒定流与非恒定流、稳定源与非稳定源、矩形河口与线性河口等不同条件下河口悬沙浓度的平面分布特点。结果表明河口地形边界和非恒定潮流作用对河口最大浑浊带的悬沙富集有重要贡献。     

海底宏渗漏气体走航式海洋电阻率法探测效果模拟与观测系统设计

为实现海底宏渗漏气体连续调查,提出了一种走航式海洋电阻率探测技术。根据前人原位观测资料和含气水体电阻率特征构建地电模型;采用数值模拟和室内试验方法获得不同参数电阻率映像剖面,分析确定探测剖面异常特征,评价探测效果。在此基础上进一步进行了探测系统设计和实验测试。研究结果表明,走航式海洋电法探测电缆可由2个供电电流极和8个电位测量极组成,电位极距需小于0.05 m;测量可采用偶极装置通过并行采集方式实现。气体分布区表现为高阻异常,异常模式由走航速度、排列长度和气体分布区横向宽度共同决定,可分为7种情形;探测电阻率极大值和气体喷出流速存在正相关指数关系。该技术可实现气体分布范围和喷出速率快速探测。     

岛礁地形上斜坡堤前破碎波流场数值模拟研究

基于SPH方法建立波浪数值水槽,对岛礁地形上的波浪传播变形进行了数值模拟,分析了岛礁地形上波浪破碎过程的波高和水质点波动流速分布,并采用波浪水槽物理模型试验数据进行对比验证。结果表明,该模型可以较准确地模拟岛礁地形上波浪破碎引起的波高和波动流场沿程变化。在此基础上模拟了礁坪上建设斜坡堤后的波动流场,分析了斜坡堤对礁坪上流场形态、沿程波高、波动流速垂向分布及近底流速的影响。结果表明：在建设斜坡堤后,礁坪上波浪破碎更加猛烈,波浪破碎点前移;沿程波高与波动流速受反射波影响明显,沿程波高变化呈现为先增大、再减小、再增大,最后在防波堤堤脚处减小,近底流速变化趋势则与之相反;在堤前半倍波长范围内反向近底流速峰值较非岛礁地形上规范公式计算值增幅较大。     

利用波浪频谱数值模拟畸形波的方法探究

畸形波是一种特殊的波浪,它的波高极高,波峰尖瘦,能量很集中[1].图1是一个比较典型的畸形波[1],这个波列的有效波高是5.65 m,而其中的畸形波波高是有效波高的3.19倍,达到了18.04 m,波峰的高度是13.90 m,波的周期是9.8 s,畸形程度很大.最有名的畸形波是图2给出的1995-01-01-15:20在北海Draupner石油平台记录的波高25.6m的“新年波”,1 200 s长的观测记录显示当时的有效波高是11.92 m,波峰的高度达到18.4 m.由水深70 m,畸形波的特征周期12 s,根据线性色散关系得出波长为220 m.     

边缘海盆地断层差异演化成因的数值模拟：以西湖凹陷平北斜坡带为例

东海陆架盆地中生代以来的成盆过程中,发育了大量陆倾控盆断裂,其发育模式与形成演化与东亚其他边缘海盆地差异明显。前人关注东海陆架盆地迁移特征,而忽略了断层差异演化的形成机制,对断层发育过程控制因素缺少深入研究。西湖凹陷平北斜坡带北部为海倾断层组成的断阶区,南部为陆倾断层组成的半地堑区,断裂差异演化指示着东海陆架盆地的成盆过程。本文通过离散元数值模拟,模拟陆倾和海倾断层的形成及演化,以探讨断层几何发育特征的控制因素。结果表明,岩性差异对斜坡带断层演化有较大影响,较高抗剪强度岩层破裂易产生陆倾控盆断裂,而低抗剪强度岩石则易形成向海倾断层。应力作用方向是区域差异演化的重要控制因素,岩石强度相同,应力作用方向相反时,断层倾向相反。盆地形成过程中发育众多凹陷斜坡,但坡度不是断层差异演化的主导因素。平北斜坡带和边缘海盆地的差异演化可能是由基底强度差异或应力方向差异导致的。本文利用离散元数值模拟平北斜坡带断裂差异演化过程,为东海盆地构造演化机制及边缘海盆地的形成提供了思路和理论依据。     

宽肩台防波堤稳定性数值模拟方法研究

宽肩台堆石堤是海岸工程中的一种海堤形式,其以结构简单、施工快捷、布局灵活和造价经济的特点在工程中得到了广泛应用。宽肩台防波堤以堆积块石为主体,在海区波浪作用下达到稳定的堆积结构。进行宽肩台式防波堤稳定性的研究 是设计宽肩台防波堤的重要基础。介绍了波浪水槽的光滑粒子动力学 （SPH） 理论和建立方法,验证了造波结果。提出了一种块石单元法 （GEM） 模式,以块石单元为独立刚体来模拟宽肩台防波堤上的块石在波浪作用下的受力状态和运动过程。建立了一种垂向二维光滑粒子动力学方法 SPH 与 GEM 耦合的波浪和块石模型,采用 SPH 与 GEM 相结合,对防波堤堆石孔隙外部的波浪运动和内部的孔隙环流进行模拟计算,并根据 Forchheimer 公式确定孔隙内部的压力。用 SPH 方法模拟堆石堤外部流场的波浪破碎压力,用孔隙环流模拟堆石堤内部的孔隙压力。使用耦合模式模拟了宽肩台防波堤孔隙流场,验证了孔隙压力分布。模拟了波浪作用于块石和块石对波浪动力响应过程,给出了静态平衡到动态平衡的流固场变化,模拟结果与物理模型试验结果基本一致。耦合模型的建立为宽肩台堆石堤的稳定性研究提供了理论依据,同时也为同类型工程研究提供了新思路。     

局部微分求积法的深水包络孤立波数值模拟

利用局部微分求积法(LDQ)对非线性薛定谔(Schr dinger)方程进行数值求解,分别模拟了单深水孤立波运动,同向双深水孤立波追赶碰撞耦合运动,高阶孤立波振动和孤立波的反射与透射现象,得到各情况下的数值结果。从数值模拟及图像中揭示非线性薛定谔方程的性质和特点,阐述深水孤立波形成的物理意义、运动方式和运动规律,分析在不同初值条件下波形的变化特点,验证了LDQ法对该类问题的有效性。     

莺歌海三莺村岸段人工沙滩工程岸线数值模拟以及模型的验证方法

以乐东莺歌海三莺村岸段人工沙滩工程为例,其完工1年后的岸线监测结果,表明需要进一步对人工沙滩后的海滩岸线演变进行研究分析。通过GENESIS岸线演变模型模拟人工沙滩后的岸线变化,并尝试采用3种方法对模型进行验证。经过验证后,对人工沙滩工程后1年、3年、5年岸线变化进行了模拟分析。研究结果表明:GENESIS岸线演变模型对于包围型(拦沙堤和离岸堤结合方式)人工沙滩工程是适用的。工程完工1年后,补沙岸线形成了侵淤变化的凹凸弯曲岸线,侵淤幅度不大,5年后侵淤幅度变缓,开始逐渐趋于平衡。据此,也为人工沙滩后期的养护、补沙防护工作起到重要的参考作用。     

临海疏港公路对台州湾水动力影响的模拟研究

为论证疏港公路对台州湾水域的影响,收集并分析了台州湾及附近海域水文、水下地形等资料,针对台州湾潮流运动特性,建立了大范围平面二维潮流数学模型。利用实测资料从潮位过程、流速流向等方面对数学模型进行了验证计算,模拟台州湾的潮流运动特征。若采用全实堤结构形式,疏港公路建成后,沿公路两侧局部范围的潮动力主要表现为减小,其中南侧减小显著。头门岛南侧原规划港区范围的潮动力减幅均超过5%,其中规划内港池处在潮动力减小20%以上的区域内,潮动力减小10%的等值线在南山岛附近水域。白沙东南侧水域的潮动力仍有微幅增加。位于疏港公路北侧的北洋涂以东附近水域,潮动力明显减小,减幅为5%的等值线在北洋涂围堤4 km以东。头门岛与东矶岛、田岙岛、石坦岛之间的潮汐通道内潮动力有不同程度的增强,增强幅度在2%以上;大竹山北侧水域潮动力增强幅度大于5%的水域面积近22 km2。采用疏港公路开口方案,疏港公路建成后,沿疏港公路的潮动力变化稍大,其它海域潮动力变化强度小。北洋涂东侧海域的潮动力明显减弱,减弱幅度大于5%的区域限于离围垦堤东2 km范围内;以大竹山东北角点为中心,方位角约350°方向,有一带状潮动力减小区,其中减小2%的带宽约1.5 km,减小5%的带状位置离大竹山最远约2.2 km,该流速减小区位于开口区涨潮流的东侧,有淤积趋势;从大竹山到头门岛段疏港公路的北侧,潮动力减小区总体呈"半哑铃"状,其中减小5%的等值线离公路或岛岸窄处仅300 m、宽处也只有700 m左右,该潮动力减小区均为浅水区;头门岛东侧水域和东北侧潮汐通道内的潮动力微幅增加;小竹山附近的潮动力也稍有增加。总体而言,方案没有引起头门岛北侧水域不利于开发建港的潮动力变化。通过对不同疏港公路方案和规划港区方案实施引起的工程海域流场变化和潮动力的分析论证得出,疏港公路全实堤形式会引起规划港区水域的潮流速较大幅度地减弱,在此基础上港区按规划方案建成后,港池和航道均有较严重淤积。疏港公路麂晴山至大竹山段开口2 km、大竹山至头门岛实堤方案有利于保护性开发头门岛港口资源。研究表明,从潮流泥沙角度而言,头门岛北侧水域也具备建港条件。     

A Numerical Simulation on the Mesoscale Dynamics of the Spring Bloom in the Sea of Japan

The northward migration of spring bloom was observed in the Sea of Japan from April to May 1997 by the Ocean Color and Temperature Scanner (OCTS) on board the Advanced Earth Observing Satellite (ADEOS). This phenomenon is well simulated with a numerical ecosystem model coupled with a hydrodynamic model. The hydrodynamic model is the Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL) Modular Ocean Model (MOM). The ecosystem model consists of five components: dissolved inorganic nitrogen (DIN), dissolved inorganic phosphorus (DIP), phytoplankton, zooplankton and detritus. Results of the numerical ecosystem model suggest that the mesoscale development of the spring bloom in the Sea of Japan is related to that of sea water temperature, and that the bloom is limited by the depletion of DIN. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

利用MM5V3模式模拟大气波导产生的准确率分析

基于MM5V3中尺度天气预报模式建立了低空大气波导模拟平台,利用FNL再分析数据与GTS数据对东海海区大气波导分布进行了七个月的模拟。通过那霸、石垣和南大东岛3个站点的实测结果与模拟结果的比较,计算了波导发生的模拟准确率,统计分析了波导随时间的变化。结果表明,MM5V3模式能够较好的模拟出大气波导的产生和变化,尤其是模拟范围广、强度大的波导效果更好。     

印度尼西亚近海潮汐潮流的数值模拟

利用FVCOM海洋数值模式计算了印尼近海的M2,S2,K1,O1分潮的分布,计算范围从20°S～20°N,90°～150°E,计算网格分辨率在印尼海域岛屿平均为1/12度,在大陆边界平均为1/5度,在开边界平均为1/2度.计算结果与104个TOPEX/Poseidon卫星高度计交叉点数据和79个验潮站数据进行比较,符合良好;与高度计交叉点比较,M2分潮振幅的均方根差为6 cm,迟角为7°;S2分潮的振幅偏差为3 cm,迟角偏差为8°;K1分潮振幅的偏差为6 cm,迟角偏差为10°;O1分潮振幅偏差为3 cm,迟角偏差为10°.根据计算结果给出了4个分潮的潮汐、潮流、潮余流和潮能通量密度分布图.     

Numerical modeling of tide and tidal current in the kangjin bay,south sea,Korea

This study is based on a series of numerical modeling experiments to understand the tidal circulation in the Kangjin Bay (KB). The tidal circulation in the KB is mostly controlled by the inflow from two channels, Noryang and Daebang which introduce the open ocean water into the northern part of the KB with relatively strong tidal current, while in the southern part of the KB, shallowest region of the entire study area, weak tidal current prevails. The model prediction of the sea level agrees with observed records at skill scores exceeding 90 % in terms of the four major tidal constituents (M2, S2, K1, O1). However, the skill scores for the tidal current show relatively lower values of 87, 99, 59, 23 for the semi-major axes of the constituents, respectively. The tidal ellipse parameters in the KB are such that the semi-major axes of the ellipse for M2 range from 1.7 to 38.5 cm/s and those for S2 range from 0.5 to 14.4 cm/s. The orientations of the major-axes show parallel with the local isobath. The eccentricity values at various grid points of ellipses for M2 and S2 are very low with 0.2 and 0.06 on the average, respectively illustrating that the tidal current in the KB is strongly recti-linear. The magnitude of the tidal residual current speed in the KB is on the order of a few cm/s and its distribution pattern is very complex. One of the most prominent features is found to be the counter-clockwise eddy recirculation cell at the mouth of the Daebang Channel.     

Numerical Simulation of Saline Intrusion and Purging in Long Sea Outfalls with Three-Dimensional Model

1.IntroductionMarine sewage disposal has been applied widely in recent years.Saline intrusion into outfallsgreatly decreases the efficiency of such projects.Duringthe periods of lowdischarge,for example,atthe initial stage of operation of outfalls or at t…     

油田高含水期基于微观渗流机理的宏观岩心水驱油数值模拟研究

建立地层孔隙网络模型描述微观孔喉特征,利用逾渗方法计算基于微观渗流机理的相对渗透率曲线,并将之应用到数值模拟计算中,给出考虑微观渗流特征的方程,并进行数值求解,得到地层中流体分布特征。实例分析表明该方法可以得到基于微观特征的剩余油分布数量和形式,为调剖堵水、化学驱提供技术参数,实现微观渗流机理与宏观计算的结合。     

东海陆架环流季节变化的模拟与分析

在改进POM模式基础上,建立1个中国东部海域斜压准预报模式,利用全球海洋模式结果并结合实测资料以及高精度卫星遥感SST资料,进行了东海陆架海域温盐及环流年循环的数值模拟,并系统分析了东海陆架环流系统及其季节变化、各暖流的路径等广为关注的问题。模式结果表明：黑潮主轴主体沿陆架坡折走向,中段黑潮流幅由南至北增宽,流速变大,流核所达深度变浅。浙闽沿岸流是一典型的季风环流,台湾暖流终年表现出东、北两分支结构,其分支表现出明显的季节性变化特征。在东海东北部陆架海域,冬季黑潮以其分支形式向北入侵,夏季则主要以大陆边缘流的形式向北进入陆架。论文对各暖流的水源也进行了相应的分析。     

春季南海南部上混合层数值模拟与数值实验

采用一维湍动能模式对南海南部的 SST及混合层进行数值模拟和数值试验。结果表明 :TKE模式能够模拟南海南部的海表面温度 SST以及除南海南部 5月中旬以外的上混合层深度随时间变化基本特征。在 5～ 6月 ,SST的日振荡主要依赖于短波辐射的日变化 ,风的混合作用抑制了 SST的日周期振荡。春季夏季风爆发期间 ,南海海面潜热通量和感热通量与短波辐射和风应力相比较 ,是一个对 SST和混合层影响较小的量。在春季南海南部 ,短波辐射作用能使 SST升高的最大值约为 4℃ ;潜热和感热通量能使 SST的下降的最大值为 3℃。风应力对南海混合层深度随时间变化趋势起着决定的作用 ,并能使其深度加深 2 0～ 30 m,而短波辐射则使混合层的深度变浅2～ 3m,潜热和感热通量会使混合层的深度加深 1～ 2 m。在春季南海南部 ,热通量对混合层深度的影响与风应力相比要小得多     

较大尺度下潮流物模试验理论可行性的数值研究

以渤海及其局部海域为例,通过数值模拟量化地转缺失对水动力过程的影响,评价不同空间尺度下实施潮流物理模型试验的理论可行性。结果表明,对整个渤海、辽东湾这么大尺度的海域实施物模试验理论上是不可行的;对90km尺度的渤海湾,地转缺失使模拟结果存在较大偏差;对莱州湾61km尺度的海域可进行物模试验。研究确定60km为实施潮流物模试验一般的理论允许尺度。