弧形海岸裂流的数值模拟研究

弧形海岸波浪产生的裂流严重危害人类活动,但是目前对其特征缺乏充分认识。本文对Haller物理模型实验和三亚大东海的数值模拟表明FUNWAVE模式具有较好的裂流模拟能力。基于该模式进行了多种弧形海岸条件的裂流数值模拟,给出裂流的一些特征：（1）海岸弯曲度增大,裂流增强;（2）海岸坡度对裂流有比较大的影响,太陡或太平缓的海岸不利于形成裂流;（3）海岸尺寸减小,裂流减弱;（4）波高和波周期增大,裂流增强,但是对于某些海岸而言,0.4m波高可能就存在危害比较大的裂流。     

洪泽湖风生流数值模拟

湖流是湖泊中污染物质扩散，悬浮物沉降及输移等的主要水动力学要素，造成湖水运动的成因机制很复杂，其中风生流是重要形式，本文通过构造一个二维闭边界数值模拟，对不同风情下的洪泽湖湖流流态进行模拟研究，探讨其入流较小，沿岩各闸关闭的枯季情况下的风生流特征。     

基于砂质海岸剖面形态数值模拟的参数敏感度分析

为了探究XBeach模型中系统的参数调试对模拟剖面演变的影响,该文基于波浪水槽实验通过广义似然不确定性估计法(GLUE)对XBeach模型中的波浪非线性(facua)、沙滩湿崩塌临界坡度(wetslp)、波能耗散(alpha)等调试参数进行敏感性分析,阐述所选参数的物理意义及控制方程,选取不同的参数值观察岸滩剖面演变过程,并通过Brier Skill Score评价方法对模拟效果进行评价。结果表明改变参数值大小会得到不同的岸滩剖面模拟形态。其中参数facua控制波形,波浪由于非线性作用于岸滩会使剖面发生不同趋势的演变,改变facua参数值能够改变模拟剖面演化的趋势,使得模拟地形剖面演变产生较大的变化;参数wetslp作为湿崩塌临界斜率,改变其数值大小模拟地形改变的首要特征为剖面坡度;参数alpha作为波能耗散系数,改变其值会影响破波所释放的能量,从而影响剖面的侵淤程度。最终选取三者值分别为0.65、0.2、1.3,与水槽实验结果拟合最好。该结果对于XBeach的研究及应用具有一定的参考意义。     

大陆张裂三维有限元的数值模拟

采用纯数值模拟的方法,研究了大陆岩石圈在拉张和底部隆起作用下的张裂现象,编制了三维粘弹性有限元程序,结果表明:(1)单纯拉张或底部隆起时不会造成岩石圈块体层间的相互滑动,不会产生不对称共轭扩张边缘,块体的中间部分总是首先被拉薄而分离,应力应变转移集中到两侧,张裂的不对称性取决于周边的约束或加载条件,张裂共轭边缘的不对称性与周边块体的作用及其它地质改造作用密切相关。(2)拉张与底部隆起同时作用时,将会造成层间的相互滑动,且应力较大。(3)介质的塑性或流变性对张裂及应力有很大的影响,如对位移产生一定影响,同时应力值降低,使层间产生相对运动,张裂以一种渐变的形式出现。     

国内裂流研究进展

裂流是我国华南沿海地区较为频发的一种自然灾害。本文从国内裂流发生概况、裂流的研究历史以及研究进展等方面对裂流作出阐述,并与国外研究裂流的方法进行了对比。介绍了国外在现场观测运用的方法和设备、国内自研究裂流以来开展的物理模型试验、数值模型以及评价裂流风险的方法。展望了未来国内裂流的研究趋势。     

泉州湾潮流场的数值模拟研究

本文建立了水深平均的二维潮流数学模型,并利用该模型对泉州湾潮流运动进行了数值模拟研究,模拟的潮位过程、流速与流向均与实测值吻合良好。模拟结果演示了湾口至湾顶潮差逐渐增大、潮位滞后、涨落潮历时变化的特性以及湾内的流速、流态分布特征,表明了湾内潮流为正规半日潮,主航道内流速大于周边地区,潮流较强区域位于鞋沙南北潮沟,南槽流速大于北槽,口门内潮流具有明显的往复流特性,口门外潮流具有一定的旋转流性质。     

沿岸流的Petrov—Galerkin有限元数值模拟

本文研究了近岸带内由于波浪破碎引起的沿岸流问题的数值解法,推导了适用于一维对流扩散方程的点点精确的 Petrov—Galerkin 有限元一般公式及其对权函数形式的要求,给出了四种权函数的初等表达式,得到了一种对沿岸流问题行之有效的计算格式。两个算例与传统格式相比较,都证实了这种格式具有明显的优越性。     

深海采矿细颗粒羽状流数值模拟研究

深海采矿尾矿排放产生的细颗粒羽状流会对海底生态环境造成影响,预测尾矿排放羽状流行为及其对环境影响具有工程意义。基于欧拉多相流方法,采用欧拉双流体模型对深海采矿细颗粒羽状流开展数值模拟研究,分析近海底排放的羽状流演化和发展过程,探究羽状流初始排放质量浓度、排放速度对羽状流扩散过程的影响。结果表明：初始排放条件对羽状流演化性质有重要影响。主射流区被稀释的程度随着初始入射速度的增大而减小,随着入射质量浓度的增大而增大;初始羽状流入射速度和质量浓度越大,撞击海底后的水平方向流动速度越快,影响区域越广;水平速度的峰值随着初始入射速度的增大呈对数增长;当初始质量浓度和速度高于50 g/L和 0.5 m/s 时可能会导致颗粒在海底撞击点附近堆积成坡状,影响底流的后续发展。研究结果可以为深海采矿尾矿排放参数选择提供参考。     

陆坡非旋转重力羽状流的数值模拟

借助MITgcm模式使用二维非静力近似在水平方向采用不等间距网格,模拟了陆坡非旋转重力羽状流的流动。模拟显示陆坡上的重力羽状流的运动比较复杂。通过数值实验,发现改变地形或调整冷源强度都会影响沿陆坡下沉的低温高密度水的羽状流形态,潮汐亦会对重力羽状流有一定的影响。经计算发现在陆坡处,Richardson数小于1/4,宜发生Kelvin-Helmholtz不稳定性,并由卷挟导致环境流体与高密度流体混合,沿着斜坡加速下滑。     

离岸流灾害水动力学过程的数值模拟研究

离岸流是近岸流的重要组成部分,当波浪受到特殊海滩地形的影响,会形成一股沿着离岸方向运动的高速水流,能够迅速将人带离海岸,对海滨安全造成威胁。为了深入探究离岸流的形成机理及水动力学特性,本文基于二阶Stokes波浪理论,采用了更为光滑的变截面沙坝模型,通过流体体积法捕捉自由液面,对离岸流进行三维数值模拟探究。本文重点分析了离岸流产生时流场的瞬时速度、时均速度、压强等不同参量的分布规律,结果显示在沙坝和海岸线之间,有一对方向相反的水循环体系;对比不同流层离岸流的速度,了解到波浪与离岸流的耦合作用;并探究了入射波波高对离岸流强度及分布区域的影响,深化了对离岸流水动力学过程的认识。     

罗源湾潮流数值计算

研究罗源湾潮汐、潮流及潮波的传播,对罗源湾的开发及海岸工程建设具有一定的实际意义。为系统地了解罗源湾的潮汐、潮流状况,采用不规则三角形网格的分步杂交法,建立罗源湾海域二维变边界潮流数值模型,通过计算得到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。该海湾海流具往复流性质,潮汐、潮流均属正规半日潮,最大流速发生在可门水道。     

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。     

深圳湾海域环境容量及污染总量控制研究——I.潮汐、潮流数值模拟

基于美国普林斯顿大学的POM(Princeton Ocean Model)模型,将干湿网格技术引入到模型中,利用模型的外模式(二维)对深圳湾海域的潮汐、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。计算结果表明:深圳湾海域属不正规半日潮,水平潮流具有明显的往复流性质,主要呈西南—东北走向;落潮流速略大于涨潮流速;受地形及陆地河流径流的影响,湾中到湾口及航道附近流速较大,湾顶和靠近香港的滩涂部分流速较小;深圳湾余流场较弱,余流流向指向湾外;整个深圳湾水交换较弱,海域自净能力较差。     

基于FVCOM的泉州湾海域三维潮汐与潮流数值模拟

基于FVCOM海洋数值模式,采用非结构的三角形网格和有限体积法,建立了泉州湾海域高分辨率(26 m)的三维潮汐、潮流数值模型。模拟结果同2个验潮站和3个连续测流站的观测资料符合良好,较好地反映了泉州湾内潮汐、潮流运动的变化状况和分布特征,给出了M₂、S₂、K₁、O₁ 4个主要分潮的同潮图、表层潮流椭圆分布,以及模拟区域内最大可能潮差、表层最大可能潮流流速和潮余流分布。分析表明,4个分潮的最大潮汐振幅和迟角差分别为219 cm和19°,85 cm和25°,26 cm和12°,26 cm和9°;石湖港以东海域的潮波为逆时针旋转的驻波,以西海域为前进波;最大可能潮差由湾口的8.0m向湾内增加至8.8 m。湾内潮流类型为规则半日潮流,落潮最大流速大于涨潮最大流速,北乌礁水道为强流区,表层最大可能潮流流速为2.4 m/s;湾口潮流运动以逆时针方向的旋转流形式为主,湾内的潮流运动以往复流形式为主,长轴走向主要沿着水道方向,与等深线和海岸线平行;四个分潮流表层最大流速分别为1.4 m/s,0.58 m/s,0.12 m/s,0.10 m/s。余流流速大小与潮流强弱有密切的联系,表、中、底层最大余流流速分别为26 cm/s,20 cm/s,16 cm/s,三者在水平方向基本呈北进南出的分布形态。     

深圳西涌滨海旅游区海滩裂流风险评估及特征分析

基于海滩地形动力学、遥感影像的风险预识别以及现场排查等方法,对西涌滨海旅游区海滩裂流风险进行了初步评估.评估结果表明:地形动力分析结果显示,西涌滨海旅游区泳场逐月平均沙滩类型大部分是沿岸沙坝和裂流沟槽交替的沙坝型(B),风险等级高;影像特征判断该沙滩属于沿岸沙坝和裂流沟槽交替的沙坝型(B)或者低潮位附近伴有冲流沙坝及裂...     

ECOMSED模式在杭州湾海域流场模拟中的应用

针对杭州湾独特的喇叭型强潮河口湾的特点,基于Blumberg等(1996)的ECOMSED模式,引入动边界技术,建立杭州湾三维动边界的潮流模型.模型以正交曲线坐标下三维非线性水动力方程为基本方程,应用Mellor和Yamada的2.5阶湍流闭合模型计算紊动黏滞系数,嵌入Grant和Madsen的底边界层模型考虑波浪对底部应力的作用,采用干湿网格法模拟潮流漫滩过程;综合考虑径流,风应力,密度流和M₂,S₂,K₁,O₁四个主要分潮和M₄,S₄,MS₄三个浅水分潮的作用,从而提高杭州湾潮流模拟的精度.通过验潮站调和常数和多次海流连续观测资料的验证,表明该文建立的模型可以更好的用于杭州湾流场的预报模拟.     

基于FVCOM的厦门湾及其周边海域三维潮流数值模拟

基于非结构三角形网格、干-湿判别技术和有限体积法的FVCOM（finite volume coastal oceanmodel）海洋数值模式,建立了厦门湾及其周边海域高分辨率（30 m）的三维潮汐、潮流数值模型.模拟结果同该海域2个验潮站和4个连续海流站的观测资料符合良好,较好地反映了厦门湾及其周边海域潮汐、潮流运动的变化状况和分布特征,并给出了M2、S2、K1、O1共4个主要分潮的同潮图、表层潮流椭圆、最大可能潮流流速及表、底层潮余流分布.厦门湾及其周边海域属正规半日潮类型,4个分潮的最大潮汐振幅分别为200、65、36、29 cm,厦门湾内外迟角差分别为20°、25°、18°、10°;镇海角至围头角连线东南侧湾口区为逆时针旋转的驻波,西北侧湾内为前进潮波.湾内潮流属正规半日潮流,湾口区潮流以逆时针方向的旋转流运动为主,湾内各水道为往复潮流,椭圆长轴与水道走向一致,4个分潮流表层最大流速分别为201、51、34、25 cm/s;九龙江口区3条港道内的流速以南港最大;表层余流大于底层余流,二者水平分布形态基本一致,都为北进南出.     

海坛海峡二维潮流场数值模拟

海坛海峡为南北狭长型海峡，海峡内潮波属于前进波．本文建立了平面二维浅水波数学方程，利用欧拉-拉格朗日差分方法得到数值解，模型采用随时间变化的动边界技术，成功地模拟了海坛海峡的前进波特征，并根据实测数据进行了验证．同时计算了同潮时线和等振幅线，不同时刻的潮流场和潮流平均流速分布．计算结果表明，北部湾口M2分潮高潮时间比南部湾口早约5～6min，等振幅线范围约为2．12～2．15m．海峡内流速分布呈南北强、中间弱的特点，最大流速1m／s左右．