渤海湾三维变动边界潮流数值模拟

基于河口、陆架和海洋模式 (ECOM模型 ) ,引入干湿网格法模拟潮滩涨落的改进 ,建立了渤海湾三维变动边界潮流模型。该模型网格采用为 4 80 m× 6 2 0 m,垂向 4层 ,充分考虑渤海湾潮滩广阔的特点。计算结果与实测值比较符合良好 ,较好地刻画出渤海湾 M2 分潮潮流场的时空分布特点。     

基于EFDC模型的胶州湾三维潮流数值模拟

基于环境流体动力学模型(EFDC),采用变边界处理技术,建立了胶州湾三维变边界潮流模型.模型平面采用笛卡尔直角坐标,垂向采用σ坐标变换,利用干湿网格方法模拟胶州湾潮流漫滩过程.研究海域水平流速从表层到底层逐渐衰减,最大流速出现在胶州湾湾口,值为0.98 m·s-1.垂向流速则表现出底层大、表层小的特点,最大流速为30×10-4 m·s-1.模型计算结果与实测资料吻合良好,为潮流数值模拟研究提供了1种新的模型工具.     

象山港内三维动边界潮流的数值模拟

象山港是一具有广阔潮滩和大潮差区域的半封闭型海湾,进行数值模拟时必须引入动边界技术来考虑露漫滩的影响.在二维模式中引入动边界技术相对成熟一些,而将这些二维模式使用的露漫滩处理方法简单地搬入三维模式中,常遇到由于边界不连续变动而产生的数值"噪音"及计算不稳定现象.原始POM(Princeton ocean model)模型采用固定边界,没有使用动边界技术,故无法模拟漫滩流.借鉴BURCHARD et al 2004年的研究工作,在原始POM模型的基础上,突破其为固定边界模式的局限,基于尽量使模式物理上满足流动简化需要的原则,引入了一种较为自然的动边界处理技术,使得在非常浅水处和复杂的地形情况下,应用合理的数学表达式体现该物理过程.当总水深大于设定的临界水深时,体现的数学方程是通常形式的动量方程;而当总水深接近设定的最小允许水深时,模型的动量方程被简化为变化率、摩擦力和正压梯度等项之间的平衡关系,此时由于摩擦力占优,相应的流速也会趋于0,这样可以有效避免计算中出现负水深.除在非常浅水处对动量方程作简化外,对于陡坡地形附近的露漫滩问题,当发生一个网格点上的水位低于相邻格点海床的现象时,还需对正压梯度的求解作一个简单的数值处理,以避免不合理值的出现.此外,通过修改原始POM模型的底摩擦系数表达式,可使模型在模拟露漫滩过程时计算更加稳定.改进后的POM模型被用来模拟象山港海域内的三维潮流场,模型计算结果与2个潮位站、1个锚系站和2个船测连续站资料进行了比较,符合良好.整个模型很好地再现了象山港内大区域三维涨、落潮流特征和变化规律,同时象山港顶区域涨憩、落急、落憩和涨急4个特征时刻的流场水平和垂直分布变化过程反映该模型能很好地反映涨、落潮造成的潮间带的露漫滩过程,由此说明对原始POM模型所作的修改是十分有效和可行的,有利于进一步扩充POM模型的应用范围.     

胶州湾潮汐潮流动边界数值模拟

基于普林斯顿海洋模式,通过干湿网格判别法引入潮汐潮流的漫滩过程,考虑M₂,S₂,K₁,O₁,M₄和MS₄六个主要分潮,建立了胶州湾潮汐潮流数值模拟和预报模型,研究了该海域潮汐潮流特征,并讨论了漫滩对潮流模拟的影响。与实测资料的对比验证表明,该模式能够对胶州湾的潮汐和潮流做出较为合理的预测。给出了胶州湾潮汐、潮流、余流等分布特征,模拟的潮流场以及余流场涡旋等现象与观测符合良好;计算了潮波能通量,从能量角度探讨了潮波的传播特性;对潮位与潮流场演变规律,以及潮能通量的分析表明,胶州湾内的潮波以驻波为主。通过数值试验发现,漫滩过程的引入对胶州湾潮流速度的模拟至关重要,不考虑漫滩过程的模式会夸大或者低估潮流流速。对于滩涂面积广阔的海域来说,潮流数值模式中考虑漫滩的影响是必要的。     

胶州湾潮汐潮流高分辨率数值模拟研究

基于采用无结构网格和有限体积方法的FVCOM陆架模式,考虑8个主要的天文分潮,建立胶州湾三维高分辨率数值模型来重现和研究其潮汐潮流变化状况。与实测资料对比验证表明,模拟结果与实测值吻合较好。在此基础上,根据模拟结果计算得到了较以往更为精细的同潮图和潮汐、潮流、余流分布特征。研究结果揭示,最大可能潮流和最大余流都发生在团岛附近,流速分别可达2.14和0.43 m/s;除了湾口附近前人报道过的4个余流系统外,还在中部首次揭示了2个相对较弱的余流系统;潮流能通量在内外湾口呈"左进右出"的结构;胶州湾的平均纳潮量为8.31亿m3;染色试验表明,胶州湾30 d的水交换率为36.8%。     

胶州湾潮汐潮流高分辨率数值模拟研究

基于采用无结构网格和有限体积方法的FVCOM陆架模式,考虑8个主要的天文分潮,建立胶州湾三维高分辨率数值模型来重现和研究其潮汐潮流变化状况.与实测资料对比验证表明,模拟结果与实测值吻合较好.在此基础上,根据模拟结果计算得到了较以往更为精细的同潮图和潮汐、潮流、余流分布特征.研究结果揭示,最大可能潮流和最大余流都发生在团岛附近,流速分别可达2.14和0.43 m/s;除了湾口附近前人报道过的4个余流系统外,还在中部首次揭示了2个相对较弱的余流系统;潮流能通量在内外湾口呈“左进右出”的结构;胶州湾的平均纳潮量为8.31亿m3;染色试验表明,胶州湾30 d的水交换率为36.8％.     

胶州湾潮汐潮流的数值计算

自从1952年Hansen提出用数值计算的方法求解潮汐方程以来,数值计算方法在国外已有了长足的进展,国内也得到了越来越多的应用。1969-1978年,在潮流大面预报工作中,我所与国家海洋局科技情报研究所等单位合作,对黄海东部、东海、朝鲜海峽、台湾海峡等海区进行了潮汐潮流的数值计算。在这些计算中,略去了非线性平流加速度的影响,这在水较深的中型海区是完全允许的;但在浅海,当未扰动水位之上的水表面高度可与平均水深相比拟时,平流项就不能省略。一九七九年,山东海洋学院王化桐等人采用Leendertse的差分格式对胶州湾进行了数值计算,考虑了非线性平流加速度的影响,但该格式以海图0米等深线作为固定的水-陆边界,没有考虑到潮间带。为了计算近岸浅水海区的潮汐潮流,本文采用R.A. Flather和N.S. Heaps的格式,编制了在108-乙机上计算任意形状近岸浅水海区潮汐潮流的手编程序,并以胶州湾为例进行了试算。 在试算时,我们用四组计算对非线性平流加速度的影响和潮间带的影响进行了比较，得出了在胶州湾这样的潮间带约占四分之一的近岸浅水海区,潮间带的影响比非线性平流加速度的影响更加明显的结论。 这四组计算是： I.不考虑潮间带(以平均水深0米作为固定的水-陆边界,并略去了平流项)； Ⅱ.不考虑潮间带,但考虑平流项； Ⅲ.考虑潮间带(海陆边界沿网格移动),但略宏平流项; IV.考虑潮间带,又考虑平流项.     

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...     

兴化湾的潮流研究

位于兴化湾内的江阴港是福州首要发展的新港,目前正准备扩建泊位,因此了解兴化湾的潮流特征有着重要意义。此前对兴化湾的潮流模拟都是采用二维不规则三角形网格,且重点分析2个水道区的潮流特征,缺乏对整个兴化湾流场的把握。而本文则通过三维ECOMSED模式,采用更为精细的网格对兴化湾的潮流特征进行模拟。通过模拟结果和实测值的比较,发现模拟结果较好,可以准确地分析兴化湾的潮流特征。分析发现,该海域的流主要为往复流,具有驻波性质;余流场中存在2对因地形作用而产生的气旋和反气旋涡旋;同时发现垂直湍粘滞系数在垂向上为抛物线型分布,而在时间上具有周期性变化,且与流速变化有很好的对应关系。     

基于FVCOM的钦州湾三维潮流数值模拟

基于采用不规则三角网格和有限体积方法的FVCOM模式,建立钦州湾三维潮流数值模型来重现钦州湾的潮位和潮流变化状况.根据模拟结果计算得到了较以往更为精细的钦州湾K1、O1、M2、S2分潮的同潮图,潮汐最大振幅分别为112、96、50和15cm;最大可能流速的分布基本与等深线一致,龙门港附近最大可能潮流流速可达200cm·s-1;钦州湾的外湾口海域开阔,一般为旋转流,近岸海区及水道、河口等多为往复流,K1和M2分潮流椭圆长轴的分布与地形密切相关,旋转方向均为顺时针,流速极值出现在龙门港区.由潮余流场的分布特点可以看出,钦州湾西槽和中槽的西侧区域是其主要的出水通道,东槽和中槽的东侧区域则是主要的进水通道.     

胶州湾及其邻近海域潮流和污染物扩散的数值模拟

采用曲线网格技术，将ECOMSED模式应用于胶州湾的潮流和污染物COD的稀释扩散研究，建主了一个三维保守污染物COD输运的对流扩散数值模型，对胶州湾M2分潮和COD污染状况进行了模拟。结果表明，胶州湾及其附近海域存在许多大小、强弱和旋转方向不同的余流涡；湾内COD浓度东部比西部高，湾口外的COD浓度等值线成舌状分布，向东伸展；余流和COD浓度垂向分布差异并不显。模拟结果与胶州湾的实测资料符合较好。     

大鹏湾潮流数值计算

应用分步杂交方法建立了大鹏湾边界潮流数值模型，并对其进行了模拟计算，重现了该区域潮波及潮流的分布规律，并根据实测资料对其进行了验证，从而可系统地了解这一海区的潮波系统及潮流场等海洋要素的分布情况。     

胶州湾海域COD浓度场数值计算应用研究

ＣＯＤ作为有机污染物，是影响近海海域水质的主要指标之一，本文采用分步杂交数值计算方法，在模拟计算了胶州湾海域Ｍ２分潮潮流场的基础上，根据胶州湾沿岸青岛市排污口的ＣＯＤ排放量，对胶州湾海域中的ＣＯＤ浓度分布作了数值计算对基未来的水质状况作了预测。     

ECOM模式在胶州湾潮流计算中的应用

将ＥＣＯＭ模式应用于胶州湾分潮的潮汐与潮流数值模拟,结果与观测资料符合较一维潮流水平与垂直分布结构以及若干个潮致余流涡的水平分布状况。     

胶州湾口潮流沙脊特征

胶州湾内外的涨、落潮三角洲上发育有一定规模的潮流沙脊体系,通过多波束调查采集数据和浅剖、沉积物资料的分析,对沙脊特征进行了研究。湾内涨潮三角洲上分别分布有冒岛沙脊、中央沙脊和岛耳河沙脊;湾外落潮三角洲上分别发育了潮流沙脊大竹、南沙、北沙和位于主潮流通道末端的弧状沙脊。潮流沙脊体系的演变具有较为明显的继承性。沙脊以海侵时期发育的沙体为内核,沉积物组成以粒度较粗的砂质沉积物为主,物源基础为低海平面时期胶州湾盆地内堆积的河流三角洲相沉积物。据分析,沙脊现代物源较为匮乏,整体目前处于冲刷不淤的状态。在现代潮流水动力条件下,研究区潮流沙脊处于活动状态。     

胶州湾红岛码头疏浚物质输移扩散数值预测

利用有限元分步杂交法，首先对胶州湾海域潮流场进行了数值模拟，进而建立了胶州湾疏浚物悬浮泥沙的二维输运——扩散模型，并应用于胶州湾红岛拟建码头疏浚区的疏浚物输运扩散数值模拟预测，根据预测结果分析了红岛码头疏浚区施工期间悬浮泥沙对附近水环境的影响。     

杭州湾潮波运动的一个三维数值模型

应用坐标变换对杭州湾进行了潮波运动的三维数值计算。计算结果与实测符合良好。     

海州湾及邻近海域潮流数值计算

采用不规则三角形网格的分步杂交法，建立海州湾及邻近海域二维变边界潮流数值模型，计算得到最大潮流分布、同潮时线与等振幅线、潮流椭圆、潮致欧拉余流分布及不同时刻潮流场分布。     

胶州湾扇贝养殖N、P污染物的三维扩散与输运研究

针对养殖水体富营养化这一环境热点问题,通过建立的三维水质模式对胶州湾扇贝养殖所产生的N、P污染物的分布规律、输运过程以及对环境的影响进行了研究。结果表明,尽管胶州湾扇贝养殖对无机营养盐的贡献只占到河口陆源输入的8%左右,但由于沿岸养殖区的潮流较弱,不利于污染物质的输移和扩散,给养殖局部海域环境带来较大影响。     

胶州湾水交换的数值研究

基于一个成熟的水动力模型ECOM（Estuary Coastal Ocean Model），对胶州湾潮波系统及其驱动下的标识质点运移规律进行数值模拟。将胶州湾划分为6个区域，定量研究了整个海湾水的存留时间和不同区域水的交换能力，并指出流场结构对湾内水交换起了决定性作用。研究结果表明，湾内两余流涡对质点运动起阻碍作用，使得流入余流涡对的质点很难流出；海湾水交换有赖于初始投放时刻；东岸区域质点运移规律表明，东岸排污对前海旅游区和西岸养殖区均无很大影响。