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乌梁素海湖泊冰生长过程中总氮的迁移规律 被引量:19
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作者 张岩 李畅游 +2 位作者 shen hung tao 史小红 乔玲敏 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期728-735,共8页
为研究湖泊冰封期总氮的污染特征,测定了冰厚分别为0cm、2.5cm、9.5cm、21cm、31cm、41cm、50cm和59am时总氮在冰体和水体中的垂向分布,阐明湖泊冰生长过程中总氮在冰-水-沉积物体系的迁移规律。结果表明:冰生长过程中总氮由冰体... 为研究湖泊冰封期总氮的污染特征,测定了冰厚分别为0cm、2.5cm、9.5cm、21cm、31cm、41cm、50cm和59am时总氮在冰体和水体中的垂向分布,阐明湖泊冰生长过程中总氮在冰-水-沉积物体系的迁移规律。结果表明:冰生长过程中总氮由冰体向冰下水体迁移,水体的总氮含量随着冰厚的增加而升高,冰厚为59cm时其含量为冰体的2.85倍,冰生长速率决定总氮在冰一水界面处的迁移通量;总氮在冰层内的迁移主要发生在冰体形成初期(0~21cm),之后几乎不再迁移而与冰内气泡融合并转化为独立于冰体的稳定氮胞;冰下水体总氮的实测值小于其计算值,表明冰生长过程中总氮由水体向沉积物迁移。 展开更多
关键词 总氮 迁移规律 冰生长速率 冰生长过程 乌梁素海湖泊
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弯道取水口河冰运动特性及导冰筏优化设置 被引量:4
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作者 李超 李畅游 shen hung tao 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期233-238,共6页
采用DynaRICE二维河冰模型模拟弯道及其取水口附近的水面冰运动和堆积过程,探讨弯道取水口导冰筏的优化设计。该模型耦合了水动力方程和冰动力方程,分别采用有限元法和光滑粒子流体动力学法对水动力方程和冰动力方程进行求解。模拟得到... 采用DynaRICE二维河冰模型模拟弯道及其取水口附近的水面冰运动和堆积过程,探讨弯道取水口导冰筏的优化设计。该模型耦合了水动力方程和冰动力方程,分别采用有限元法和光滑粒子流体动力学法对水动力方程和冰动力方程进行求解。模拟得到弯道取水口处水流水力特性、不同角度导冰筏下河冰运动规律及其受力情况。结果表明河冰靠弯道凹岸一侧运动,并在取水口附近及其下游堆积,横向环流对河冰运动影响可忽略,取水口上游设置角度和长度合理的导冰筏可有效阻止河冰进入引水渠。但是,下游也需设置导冰筏来防止河冰在取水口下游堆积及向上游延伸到取水口。 展开更多
关键词 弯道 取水口 河冰模型 横向环流 导冰筏
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融冰过程中铁离子和锰离子的迁移规律 被引量:5
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作者 张岩 任方云 +5 位作者 唐元庆 赵万里 赵同国 刘同帅 刘玉灿 shen hung tao 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期2391-2398,共8页
为探究融冰过程中重金属离子的迁移规律,选择铁离子和锰离子为研究对象,开展了室内模拟融冰实验,探讨其在融冰过程中的迁移规律,并分析初始浓度和冷冻温度对其迁移过程的影响.结果表明:在不同的初始浓度和冷冻温度条件下,铁离子和锰离... 为探究融冰过程中重金属离子的迁移规律,选择铁离子和锰离子为研究对象,开展了室内模拟融冰实验,探讨其在融冰过程中的迁移规律,并分析初始浓度和冷冻温度对其迁移过程的影响.结果表明:在不同的初始浓度和冷冻温度条件下,铁离子和锰离子在冰中各层的浓度分布关系皆为:中层<上层<下层;融冰过程中,51.17%~71.67%的铁离子和锰离子均在冰体融化前期(0~25%)集中释放,中后期相对平稳均匀释放,此外初始浓度对冰融化时铁离子和锰离子的迁移规律影响不大,而冷冻温度较低时,融1中铁离子和锰离子的浓度基本在增加;融冰过程中,随着累积融水体积的增加,融水中铁离子和锰离子的浓度与冰体初始浓度之比逐渐降低,它们之间呈指数函数衰减模式. 展开更多
关键词 融冰 铁离子 锰离子 迁移规律
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基于离散元方法与水动力学耦合的河冰动力学模型 被引量:12
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作者 翟必垚 刘璐 +2 位作者 张宝森 沈洪道 季顺迎 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期617-630,共14页
流凌和冰坝是我国北方冬季比较常见的河冰现象,尤其冰坝,可导致严重的凌洪灾害,是河冰研究中的重要部分。本文将离散单元方法与二维水动力学相耦合,建立河冰的动力学数值模型,以模拟河冰输移、聚集、堆积,以及冰坝形成的动力过程。针对... 流凌和冰坝是我国北方冬季比较常见的河冰现象,尤其冰坝,可导致严重的凌洪灾害,是河冰研究中的重要部分。本文将离散单元方法与二维水动力学相耦合,建立河冰的动力学数值模型,以模拟河冰输移、聚集、堆积,以及冰坝形成的动力过程。针对河道中大量密集且几何形状随机的流冰现象,采用扩展多面体单元对冰块进行构造,并通过离散元接触模型表征河冰输移和冰坝形成过程中冰块间的相互作用。河流水动力部分则采用考虑河冰影响的二维非定常浅水方程进行描述,并采用有限元方法进行数值计算。冰水耦合中的计算参数由河冰离散单元与其所在水动力学有限元网格节点的位置插值计算得到。通过对冰盖封河造成水位抬高过程的数值模拟,并将计算结果与理论分析结果以及DynaRICE河冰模型的模拟结果进行对比,以验证模型的有效性。在此基础上,对规则河道中河冰输移、堆积和形成冰坝的过程进行数值模拟和结果分析。通过以上河冰离散元与水动力学的耦合方法及其对河冰动力过程的数值模拟,对河冰动力过程从细观角度进行新的认识并为河冰动力过程研究提供一种有效的数值方法。 展开更多
关键词 离散元方法 扩展多面体单元 河流水动力学 河冰动力学 冰坝
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河流水冰沙耦合模型研究Ⅰ:原理和方法 被引量:7
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作者 潘佳佳 hung tao shen +1 位作者 郭新蕾 王涛 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期700-711,共12页
河流水沙研究一般忽略冬季河冰对泥沙输运、河床侵蚀和岸滩崩塌的影响,但北方河流如黄河等冬季冰期的防凌减灾和河道的演变均不能忽略河冰过程,亟需研究河冰全过程影响下的水冰沙耦合作用机理。本文首先总结了河冰水力学的理论发展,针... 河流水沙研究一般忽略冬季河冰对泥沙输运、河床侵蚀和岸滩崩塌的影响,但北方河流如黄河等冬季冰期的防凌减灾和河道的演变均不能忽略河冰过程,亟需研究河冰全过程影响下的水冰沙耦合作用机理。本文首先总结了河冰水力学的理论发展,针对北方河流建立了二维水冰沙耦合数学模型,包括二维水沙数值模块、河冰动力学模块和岸滩侵蚀模块,并介绍了该耦合模型的求解步骤和方法。研究表明:通过三个模块间的信息传递和数据反馈,该数学模型具备模拟冰塞冰坝等极端工况下的水流变化、河冰堆积和释放、泥沙运动、河床冲淤和岸滩侵蚀等过程的能力。该模型将水沙理论和河冰理论结合起来,可用于北方河流全季节与河冰生消全过程的水冰沙耦合过程模拟,为北方河流管理提供了有力工具。 展开更多
关键词 水冰沙耦合 北方河流 水沙运动 河冰动力学 岸滩崩塌
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河流水冰沙耦合模型研究Ⅱ:验证与应用 被引量:4
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作者 潘佳佳 hung tao shen 郭新蕾 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第7期841-849,861,共10页
北方河流冬季河冰运动会带来凌汛灾害威胁,研究流凌运动对水流、泥沙和河道的影响具有重要工程意义。本文在平面二维河冰动力学模型基础上,建立二维水冰沙耦合数值模型。基于三角形的非结构网格,采用具有迎风特性的Petrov-Galerkin型有... 北方河流冬季河冰运动会带来凌汛灾害威胁,研究流凌运动对水流、泥沙和河道的影响具有重要工程意义。本文在平面二维河冰动力学模型基础上,建立二维水冰沙耦合数值模型。基于三角形的非结构网格,采用具有迎风特性的Petrov-Galerkin型有限元法计算非恒定水流过程、非恒定非均匀沙输运和河床冲淤变化,利用无网格的SPH法计算河冰运动,基于河冰对岸滩的刮擦切应力计算岸坡侵蚀,再利用双泥沙休止角法分析不同含水层岸坡的稳定坡面。该模型创新性地耦合水沙理论和河冰理论,能模拟北方河流全季节及河冰全过程的水位流量波动、河冰运动、泥沙输移、河床冲淤及岸滩崩塌过程。通过实验条件下溃坝引起的岸坡崩塌侵蚀验证了模型的准确性和可靠性,研究结果显示该模型能再现水流、河冰、泥沙、河床及河岸间的复杂耦合作用,揭示河冰刮擦对岸滩侵蚀破坏的促进机理,可进一步支撑冬季河道防凌减灾和岸滩水土保持研究。 展开更多
关键词 河冰运动 岸滩侵蚀 水冰沙耦合 泥沙休止角 北方河流
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A viscoelastic-plastic constitutive model with Mohr-Coulomb yielding criterion for sea ice dynamics 被引量:10
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作者 JI Shunying shen hung tao +2 位作者 WANG Zhilian shen H Hayley YUE Qianjin 《Acta Oceanologica Sinica》 SCIE CAS CSCD 2005年第4期54-65,共12页
A new viscoelastic-plastic (VEP) constitutive model for sea ice dynamics was developed based on continuum mechanics. This model consists of four components: Kelvin-Vogit viscoelastic model, Mohr-Coulomb yielding cr... A new viscoelastic-plastic (VEP) constitutive model for sea ice dynamics was developed based on continuum mechanics. This model consists of four components: Kelvin-Vogit viscoelastic model, Mohr-Coulomb yielding criterion, associated normality flow rule for plastic rehololgy, and hydrostatic pressure. The numerical simulations for ice motion in an idealized rectangular basin were made using smoothed particle hydrodynamics (SPH) method, and compared with the analytical solution as well as those based on the modified viscous plastic(VP) model and static ice jam theory. These simulations show that the new VEP model can simulate ice dynamics accurately. The new constitutive model was further applied to simulate ice dynamics of the Bohai Sea and compared with the traditional VP, and modified VP models. The results of the VEP model are compared better with the satellite remote images, and the simulated ice conditions in the JZ20-2 oil platform area were more reasonable. 展开更多
关键词 sea ice dynamics constitutive model viscous plasticity viscoelastic-plastic model Molar-Coulomb criterion
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A hybrid Lagrangian-Eulerian numerical model for sea-ice dynamics 被引量:3
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作者 JI Shunying LI Hai +2 位作者 shen hung tao WANG Ruixue YUE Qianjin 《Acta Oceanologica Sinica》 SCIE CAS CSCD 2007年第5期12-24,共13页
A hybrid Lagrangian - Eulerian (HLE) method is developed for sea ice dynamics, which combines the high computational efficiency of finite difference method (FDM) with the high numerical accuracy of smoothed partic... A hybrid Lagrangian - Eulerian (HLE) method is developed for sea ice dynamics, which combines the high computational efficiency of finite difference method (FDM) with the high numerical accuracy of smoothed particle hydrodynamics (SPH). In this HLE model, the sea ice cover is represented by a group of Lagrangian ice particles with their own thicknesses and concentrations. These ice variables are interpolated to the Eularian gird nodes using the Gaussian interpolation function. The FDM is used to determine the ice velocities at Eulerian grid nodes, and the velocities of Lagrangian ice particles are interpolated from these grid velocities with the Gaussian function also. The thicknesses and concentrations of ice particles are determined based on their new locations. With the HLE numerical model, the ice ridging process in a rectangular basin is simulated, and the simulated results are validated with the analytical solution. This method is also applied to the simulation of sea ice dynamics in a vortex wind field. At last, this HLE model is applied to the Bohai Sea, and the simulated concentration, thickness and velocity match the satellite images and the field observed data well. 展开更多
关键词 hybrid Lagrangian - Eulerian model sea-ice dynamics numerical model
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Modified PIC Method for Sea Ice Dynamics
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作者 王瑞学 季顺迎 +1 位作者 shen hung tao 岳前进 《China Ocean Engineering》 SCIE EI 2005年第3期457-468,共12页
The sea ice cover displays various dynamical characteristics such as breakup, rafting, and ridging under external forces. To model the ice dynamic process accurately, the effective numerical modeling method should be ... The sea ice cover displays various dynamical characteristics such as breakup, rafting, and ridging under external forces. To model the ice dynamic process accurately, the effective numerical modeling method should be established. In this paper, a modified particle-in-cell (PIC) method for sea ice dynamics is developed coupling the finite difference (FD) method and smoothed particle hydrodynamics (SPH). In this method, the ice cover is first discretized into a series of lagrangian ice particles which have their own sizes, thicknesses, concentrations and velocities. The ice thickness and concentration at Eulerian grid positions are obtained by interpolation with the Gaussian function from their surrounding ice particles. The momentum of ice cover is solved with FD approach to obtain the Eulerian cell velocity, which is used to estimate the ice particle velocity with the Gaussian function also. The thickness and concentration of ice particles are adjnsted with particle mass density and smooth length, which are adjusted with the redistribution of ice particles. With the above modified PIC method, numerical simulations for ice motion in an idealized rectangular basin and the ice dynamics in the Bohai Sea are carried out. These simulations show that this modified PIC method is applicable to sea ice dynamics simulation. 展开更多
关键词 PARTICLE-IN-CELL smoothed particle hydrodynamics sea ice dynamics numerical simulation
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冰塞渗流阻力特性的实验研究
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作者 赵水霞 shen hung tao 《水利学报》 CSCD 北大核心 2021年第8期959-968,共10页
冰塞引起的上下游水位变化与内部水流阻力有关,其堆积演变形成的固液多孔介质中存在渗流问题,且渗流阻力对上下游水头压力具有一定影响。本研究基于实验室冰水力学模型实验,通过设定不同的水力条件,获取不同冰塞剖面形状及沿冰塞剖面累... 冰塞引起的上下游水位变化与内部水流阻力有关,其堆积演变形成的固液多孔介质中存在渗流问题,且渗流阻力对上下游水头压力具有一定影响。本研究基于实验室冰水力学模型实验,通过设定不同的水力条件,获取不同冰塞剖面形状及沿冰塞剖面累积方向冰盖下流速分布,采用非达西渗流理论对冰塞内渗流阻力进行率定,获得了渗流阻力能量损失的变化特征。结果表明,渗流阻力能量损失占总能量损失的比例为11%~21%,冰厚较大位置可达到42%,沿冰塞累积方向,渗流能量损失占比与冰厚和水深之比呈典型的正相关。渗流流量为河道内重要的槽蓄水量,孔隙率在0.39~0.51之间,冰厚与水深之比在0.6~1.4之间时,渗流流量占总流量的9%~26%。渗流流量的变化受孔隙率、冰塞结构及水力特征等共同影响,冰颗粒均匀且随机堆积情况下,冰塞厚度越厚,冰体排列越紧密,孔隙率和渗流系数越小,流体通过多孔介质的比表面积越大,渗流能量损失也越多。本研究进一步明晰了冰塞阻力机理及渗流阻力在冰塞中的重要性,为受凌汛灾害困扰流域解决实际问题提供理论科学依据。 展开更多
关键词 冰塞 水流阻力 非达西渗流 能量损失 试验研究
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