基于 GIS 的南海台风风浪预报系统

探索了以组件式 GIS 为平台集成风场与海浪数值模型的关键技术研究及其实现过程,成功构建了南海台风风浪预报系统.该系统实现了数值模型计算所有阶段,即模型前处理、模型计算、模型后处理以及模型计算结果与 GIS 的无缝集成,大大提高了模型应用的可操作性和决策效率.经半年以上时间的使用,取得了良好的运行效果.     

GRAPES模式对“0703”强风暴潮的数值模拟分析

本文对2007年3月4～5日凌晨发生在渤海及山东北部沿岸的一次强风暴潮过程成因进行了分析和探讨,并利用我国新一代数值预报模式GRAPES(Global/Regional Assimilauon and Prediction Enhanced System)对该过程进行了气压场和风场数值模拟.结果表明:由温带气旋产生的强而持久的向岸大风是引发此次强风暴潮发生的主要强迫动力;风应力增水作用与天文大潮相叠加直接导致风暴潮的发生;GRAPES模式较好的模拟出了本次风暴潮过程的气压场和风场特征.其中,气压场中,较好的模拟出了温带气旋的发生发展、移动路径、强度变化等特征;风场中,较好的模拟出了风增大和减弱的趋势以及造成风暴增水的向岸大风的风场分布特征等.     

海底热液硫化物矿体内部流体混合过程的数值模拟:以大西洋TAG热液活动区为例

大型海底热液硫化物矿体的形成机制是涉及多种控制因素的复杂地质过程,其中热液流体同海水的混合扮演着重要角色。大洋钻探计划(ODP)资料表明在大西洋TAG区热液硫化物矿体内部,热液流体同经过改造的海水之间发生着广泛的混合作用,这个过程在很大程度上控制着海底热液硫化物矿体的内部结构和化学组成。以TAG热液硫化物矿体为例,利用数值模拟方法模拟了热液流体与经过不同程度改造的海水的混合过程,试图探讨海水与热液流体混合在热液硫化物矿体形成中的作用。模拟计算结果表明:(1)来自矿体深部的热液流体与经围岩加热的下渗海水的混合是造成TAG热液活动区硬石膏大量沉淀的重要原因;(2)在热液流体与海水的混合过程中,混合流体的化学性质和矿物沉淀情况在330~310℃上下发生了较大变化,330~310℃是一个特殊的温度区域;(3)利用数值计算结果探讨了TAG热液活动区不同区块(TAG-1,TAG-2和TAG-5等)的流体混合作用和热液活动过程。     

福宁湾海域溢油扩散影响的数值模拟研究

应用非结构化网格形式的MIKE 21水动力模型及溢油模块建立福宁湾海域海工工程施工期溢油扩散的数学模型,对在静风、全年主导风及不利风等3种不同风况条件下,一个潮周期内包括涨憩、落急、落憩、涨急等4个典型潮时分别发生100 t燃料油持续泄露30 min的事故溢油工况进行溢油扩散数值模拟.分析显示,事故溢油在福宁湾海域的扩散过程主要受潮流和风的影响.计算结果给出了事故溢油发生后24 h内的影响范围及0. 05 mg/dm3油浓度(一类或二类水质标准)溢油最快到达福宁湾内主要敏感目标的时间,为海洋环境影响评价和溢油事故应急措施的制定提供了科学依据.     

新型多立柱式Spar平台涡激运动特性研究

通过数值模拟和模型试验方法对一新型的Spar平台——多立柱式Spar平台的涡激运动特性进行研究。平台硬舱为四根圆柱方形阵列布置加方形中心井的形式,各柱间会产生复杂的相互干扰,不同于常规的单立柱Spar平台或半潜式平台,因此对其开展相应的涡激运动研究具有重要意义。研究主要关注的是不同来流角、不同流速下平台的涡激运动特性。通过涡激运动时的横荡运动、水平面内运动轨迹、首摇运动和水动力系数及绕流流场的分析,可得:在折合速度约为6~8范围内,平台横荡运动存在明显的“锁定”现象(0°来流角无侧板时“锁定”范围约为Ur=7~10)。在0°来流角下较高流速时,减涡侧板对涡激运动有明显的抑制效果。平台的运动轨迹近似与平台硬舱截面的对角线平行(0°来流角除外),这不同于常规的单立柱Spar平台。此外,试验中还观察到较明显的首摇运动。涡激运动时各柱间绕流存在复杂的相互干扰,而在柱后形成共同的涡结构。     

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。     

董家口尾水排海环境影响数值预测及排放口比选研究

采用二维平面潮流数值模拟的方法对董家口港区尾水排放口位置进行比选研究,预测4个拟选排污口分别在尾水正常排放和事故排放两种工况下各水质污染因子的环境影响范围,并结合水深、动力条件等因素最终选定最优排污口.结果表明:研究海区海流以潮流为主,潮流性质为半日潮流,潮流运动形式以往复流为主,旋转为辅,海域涨落急流向为SW—NE向,整体上西防波堤—LNG码头连线南侧海域的水动力条件较好.经数值模拟预测研究,位于西防波堤南侧的P4排污口所在海域水动力条件活跃,水深条件适宜,有利于物质扩散,且事故条件下对日照海域和日照西施舌种质资源保护区影响小,为较优尾水排放点.同时P4排污口所在海域执行三类水质标准,污水数值模拟结果显示该排污口各污染因子超三类水质标准的面积均小于0.742 km2,NS向扩散距离均小于0.34km,扩散趋势与潮流方向一致,有利于其污染物稀释扩散.本次模拟预测客观地反映了污染物排海后的浓度变化和运动规律,为尾水排海污染物进行总量控制及海洋环境开发管理规划提供了科学依据和技术保障.     

波流耦合下保守污染物迁移扩散的模拟研究

基于三维潮流和谱波浪模型,以及输移扩散模型和拉格朗日粒子追踪模型,构建了波流耦合下保守污染物的迁移扩散模型。模型基于非结构化网格,对近岸复杂岸线有很好的拟合,可用于大范围波流耦合计算。运用所建的耦合模型研究了旅顺港内外的潮流变化、波生流场、保守污染物输移、粒子运动、以及新水道对湾内污染物迁移的影响,模拟的潮流场与实测数据吻合较好。结果表明:潮流会在湾内近湾口处形成一逆时针涡,波浪对湾内影响较小,但波生流会改变湾口流场分布;在湾内处于涡中的水体潮流自净能力较强,而湾中及湾底则较弱,SE向波浪会降低湾内水体的自净能力;新潮流通道的开挖,会显著改善水体的自净能力,尤其对湾底浅水区域作用明显。     

海底管线局部冲刷问题数值模拟研究综述

海底管线局部冲刷的数值模拟研究已经有30 a的历史.文章描述了海底管线局部冲刷的机理,回顾了国内外对于管线冲刷问题数值模型研究的情况,根据不同模型进行了分类描述,并进行了简单的比较,为该领域的进一步研究提供参考.     

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。