三角形网格在潮汐河流水质计算中的应用

应用不规则三角形网格，结合有限元法有限差分法的优点，对易引起不稳定的对流项采用迎流技术，建立了非恒定水深平均的水流数学模型和水质数学模型。另外，还在潮汐河流不规则三角形网格的生成和图形可视性方面作了初步尝试。     

海岸河口二维潮流可视化数学模型

经过多年的不同断的研究,逐步改进和完善了在海岸河口非常适用的,基于不规则三角形网格显式差分法的二维潮流数学模型,研制了潮流场可视化成品实用软件,将二者结合起来即构成了二维潮流可视化数学模,可视化数学模型不仅使数学模型可视化,直观化,而且加快了数学模型的调试速度,方便 了各种工程方案的比选,从而使用数学模型解决实际工程问题的效率大为提高。     

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。     

海岸工程中实用三维流场数学模型研究

本文以完整的具有自由表面的三维非线性Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程组为基础方程，经垂向σ坐标变换后得到模型方程。采用有限差分法进行数值求解；垂向上等间距分层，使用隐式中心差分格式；水平方向上给出两套网格－正方网格和不规则三角形网格离散形式。     

青岛浮山湾数值化海区建立的研究——浮山湾潮流模型的数值计算

应用二维潮流数学模型(在近岸海域采用不规则三角形网格有限差分方法)对青岛浮山湾的潮流场进行了数值模拟计算,并预测了工程建成后海区流场的变化。数值模拟结果表明,帆船比赛基地港池及附近水域计算区域内验证点的模拟流速与原型观测值一致,较好地再现了浮山湾的流场变化情况,为2008年北京奥运青岛帆船赛场的规划和建设提供了科学依据。     

基于改进Boussinesq方程三角形网格有限元模型

基于改进型Boussinesq方程,建立适用于三角形网格的有限元模型。通过将边界点的笛卡尔坐标转化为法向、切向坐标,对与坐标轴斜交的反射边界进行处理,模型时间积分采用Adams-Bashforth-Moulton预报-校正法。一些经典算例的数值模拟结果表明,数值模型结果与其他数值或试验结果吻合较好,可以用于模拟不规则区域内波浪传播情况,而且通过三角形网格的应用,可有效处理不规则边界问题。     

渤海湾海面溢油数值计算

采用不规则三角形网格的分布杂交法，建立渤海湾潮流数值模型，在此基础上建立溢油飘移模型，计算在不同风场和潮流场的共同作用下，溢油飘移的输移轨迹、可能抵岸的时间、地点及残留量等。     

基于JASON-2测高交叉点的东海有效波高SWAN模拟分析

以JASON-2卫星在上升和下降轨迹中所形成的交叉点的东海局部海域作为研究区域,以3个交叉点作为研究的实验点,SWAN模式基于1'-0.5'(间隔为0.1')的三角形水深网格的分辨率,对东海局部区域模拟2011年1-8月份的波浪数值,并将模拟的结果与JASON-2卫星的有效波高进行对比,结果表明,采用局部加密的三角形网格能够提高波浪数值模拟的精度,在采用有限三角形网格分辨率情况下,模拟精度随着网格分辨率的规律性增加呈现不规则递增现象,同时,设备运算效率会出现指数似的降低。通过对运算结果的统计可知,采用0.6'的三角形水深网格的分辨率获得模拟结果中精度幅度提高最大,同时加密的三角形网格主要对水深梯度较大的东南区域作用效果明显。     

葫芦岛港柳条沟港区规划潮流泥沙数模研究

建立了基于不规则三角形网格的考虑波浪作用的潮流泥沙数学模型,在对模型进行充分验证的基础上,对葫芦岛海域的潮流、泥沙场的进行了数值模拟,对该海区的潮流扬、泥沙场特征进行了分析;对萌芦岛港柳条沟港区规划方案进行了潮流、泥沙场模拟研究。详细分析了工程前后港池和航道的流扬变化,计算了航道的横流,预报了规划港区港池和航道的泥沙年淤积量,为港区的规划设计提供了科学依据。     

西涌湾及邻近海域物理自净能力研究

利用不规则三角形网格和分步杂交方法建立了西涌湾及邻近海域的二维变边界潮流数值模型，并在此基础上建立了相应海域的拉格朗日余流模型，对拟建排污口标识质点的运移轨迹进行跟踪，通过计算公式，给出了西涌湾及邻近海域的水交换活跃区和滞缓区，并为拟设排污口进行了优化选择。     

基于无结构网格有限体积法的风暴潮数值预报模式

基于无结构三角单元网格和有限体积法,建立了一个高精度高分辨率的风暴潮二维数值预报模式。该模式采用对岸线有较强拟合能力的无结构网格对求解区域进行离散,采用藤田公式和宫崎正卫风场模式模拟气压场和风场。由于台风暴潮在近岸地区受底部地形的影响,可能引起非线性较强的波动,从而产生陡度大的波面,因此模式中利用Roe的通量函数给出守恒方程的无粘性通量。针对复杂的海底地形,对模式专门进行了通量梯度项与源项的平衡。应用此模型模拟和预报珠江口地区的风暴潮增水,取得了较满意的结果。     

波浪问题中唯一可解的高阶边界元方法

本文就波浪与结构物相互作用问题，提出了一个适用于高阶边界元应用的新的积分方程，并利用修改积分区域的方法得了适用于本积分方程的不规则频率消除方法。最后，通过数值计算对附加区域的选择、单元的离散做了研究     

解浅水方程的集中质量有限元方法

本文给出三角形单元集中质量有限元解浅水波方程的方法以及该方法在IBM-PC微机上的应用实例并取得较好结果。     

床面冲淤计算机处理方法

冲淤计算是河流，河口，海岸等水域中分析，预测床面变化的基础，利用非结构网络自动剖分技术形成覆盖计算区域的三角网，能较好地适应边界和特殊地形，基于高程内插建立三角网数字高程模型，采用垂直三棱柱体作为基本单位计算不同时段冲淤量，从而提高计算精度，通过网络剖分，利用在计算区域内任意选择子域进行淤量的计算和分析。同时将生成的非结构网格直接有于二维床面冲淤数学模型，便于对每个节点的计算结果进行检证以提高模型的可靠性。     

任意曲线边界条件下缓变水深水域波浪传播的数值模拟

缓坡方程被广泛地应用于描述波浪的传播变形计算,目前一般采用矩形网格求解.将计算域剖分为任意四边形网格,以格林公式为基础,在变量沿单元边界线性变化的假定下,对双曲型的波能守恒方程、波数矢无旋性方程进行离散,同时通过等参单元变换推求节点偏导数值以离散椭圆型光程函数方程,从而建立了任意曲线边界条件下缓变水深水域波浪传播的数值模拟模型.将模型应用于平行直线型等深线地形,并将计算域剖分为不规则四边形网格,对不同入射角、底坡、波高等多种组合情况比较了数值解与解析解,结果表明两者一致.应用于复杂边界的实例,数值模拟结果与物模实验值基本吻合.     

基于FVCOM的南海北部海域潮汐潮流数值模拟

基于非结构三角形网格的FVCOM(finite-volume coastal ocean model )数值模型, 对南海北部海域的潮汐、潮流进行了精细化数值模拟研究, 并根据模拟结果详细分析了M2, S2, K1, O1 分潮的潮汐和潮流特征。研究结果表明: 神泉港到甲子港海域表现为正规全日潮性质, 珠江口附近海区潮汐以不正规半日潮为主, 其他海域主要表现为不规则全日潮; 陆架海域和深水海域主要表现为往复流, 陆架坡折区存在较强的旋转流, 陆架坡折区为不规则半日潮流和不规则全日潮流的分界线; 东沙群岛附近海域以不规则全日潮流为主, 旋转方向为顺时针; 整个海域的最大流速分布与等深线基本平行, 东沙群岛附近速度明显变大, 最大值出现在台湾浅滩附近, 最大值超过70 cm/s; 南海潮波系统以巴士海峡传入的大洋潮波为主, 分为三支潮流, 以不同的形式进出南海北部海域; 余流在台湾浅滩附近达到最大, 超过6 cm/s, 自南向北进入台湾海峡, 近岸余流自东向西沿岸流动。本研究在东沙群岛周边的模拟结果与前人基于实测资料的分析吻合较好, 并且由于采用了高精度的三角网格, 本文对东沙群岛周边海域的潮汐潮流结构和性质的刻画和分析是迄今为止较为精细的, 同时本研究还提高了对沿岸验潮站调和常数的模拟精度。     

福建沿海浪潮耦合漫堤风险评估:以台风天兔为例

漫堤是天文潮、风暴潮与海浪等物理要素作用于海堤后海水翻越海堤的物理过程。本文利用天文潮-风暴潮-台风浪耦合模式(ADCIRC+SWAN)、基于非结构三角形网格和高分辨率地理数据(海堤位置和高程、岸线和水深等)构建福建沿海精细化漫堤风险等级评估系统。该系统在近岸网格分辨率最高达50m,可精确刻画福建沿海复杂地形。利用模拟的水位与海浪参数,采用波浪爬高公式计算得到各海堤堤前波浪爬高。按照总水位与波浪爬高之和与海堤高程的对比,将漫堤风险分为五个等级。对2013年的超强台风天兔过程进行后报检验。结果显示,该系统计算的漫堤情况与灾后调查的漫堤实况基本一致,结果准确,说明本研究中采用的漫堤风险评估标准和方法是可行的。在此基础上,设计了4种不同的台风强度等级,对福建沿海206条海堤进行了漫堤风险等级评估,探究台风强度对漫堤风险的影响。结果表明:波浪爬高对漫堤风险的影响高于单纯的风暴潮增水;风暴潮增水随台风强度的增强增量较小,对于漫堤的风险影响较小;福建沿海波浪爬高普遍较高,随着台风强度的增强,波浪爬高会显著增加漫堤的风险等级,且应重视台风浪对海堤造成的冲击所导致的溃堤灾害。本研究可为沿海防灾减灾提供科学依据。     

规则波和不规则波作用下消波建筑物前的波高分析

消波建筑物在国内外已得到广泛应用。本文采用近似方法分析了明基床上直立式消波建筑物前的波高及消波室内的波高，从而确定建筑物的消波效果。并在规则波的基础上将成果推广至不规则波作用下的情况。     

Computation of wind-wave spectra in coastal waters with SWAN on unstructured grids

An unstructured-grid procedure for SWAN is presented. It is a vertex-based, fully implicit, finite difference method which can accommodate unstructured meshes with a high variability in geographic resolution suitable for representing complicated bottom topography in shallow areas and irregular shoreline. The numerical solution is found by means of a point-to-point multi-directional Gauss–Seidel iteration method requiring a number of sweeps through the grid. The approach is stable for any time step while permitting local mesh refinements in areas of interest. A number of applications are shown to verify the correctness and numerical accuracy of the unstructured version of SWAN.