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30×10-4m.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。

宁波—舟山海域环境容量研究 I.三维潮流数值模拟

基于美国普林斯顿大学的河口、陆架和海洋模式(ECOM),引入干湿网格法变动边界处理技术,将模型应用于宁波-舟山海域,建立此海域的三维潮流模型。计算结果与实测值符合良好,较好的刻画出此海域分潮的潮流场时空分布特点。

海州湾海域三维潮流数值模拟

基于三维河口、陆架、海洋模型（ECOM3D），引入干湿网格法变动边界处理技术，建立三维动边界潮流数值模型．将该模型用于海州湾近岸海域三维潮流场模拟，结果表明，模型计算结果与实测值吻合良好，较好地模拟出此海域M2分潮的潮流场时空分布特点：大部分海域流速在40—65cm／s之间。垂直流速量级为10^-4m／s，最大垂直流速为5．2×10^-4m／s．

钦州湾三维潮流数值模拟

采用潮流控制方程和湍流封闭方程构建完整的三维浅海潮波定解方程组 ,通过建立钦州湾三维潮流数值模型来重现计算钦州湾的潮位和潮流变化状况 .模拟结果与同步进行的岸边潮位及海上潮流的观测值校验结果表明 ,实测潮位资料与对应时间的计算结果吻合良好 ,潮位变化为 1d中出现 1次高潮和 1次低潮 ,1个月内出现2次大潮和 2次小潮 ,大潮潮流约 4 0m ,小潮潮流约 1 0m .实测潮流与对应时间的计算结果十分接近 .最大流发生时刻、转流时间以及潮流性质与计算结果相差不大 ,潮流速度和潮流方向也与计算结果较为一致 .模拟计算结果真实地反映钦州湾的潮位变化和潮流运动状况 .

瓯江口航道二期治理潜堤工程三维潮流数值模拟

基于MIKE3技术平台,建立了瓯江口工程海域三维潮流数学模型。模型水平采用无结构的三角形网格系统,垂向采用σ坐标,较好地拟合了工程海域复杂的岛屿岸线和地形特征。采用现场实测水文资料,对瓯江口航道二期治理潜堤工程实施后的三维流场进行了模拟,并分析了工程实施后的影响。工程实施后,瓯江北口航道、沙头水道、小门水道、大门岛和小门岛间水域流速略有变化,其他水域则基本不变。附近海区高低潮位变幅为0～2 cm。从对周围水动力影响角度考虑,工程是可行的。

温州港深水航道三维潮流数值模拟

根据实测资料对温州港大小门岛港区深水航道海区的三维潮流特征进行了分析。针对工程海区岸线不规则、地形复杂、岛屿众多、存在动边界等特点,使用垂向σ坐标变换技术,建立了基于不规则三角形网格的三维潮流数学模型,提出了三角形网格三维潮流数学模型处理动边界的方法。使用现场资料对模型进行了验证,潮位、不同水层的流速和流向均与实测资料吻合良好。在模型验证的基础上,对温州港深水航道工程实施后的三维流场进行了模拟,对表、中、底层流速流向的变化进行了分析,对航道表层最大横流进行了计算。建立的三维模型非常适合于复杂河口海岸地区的三维潮流场模拟。

天津港大沽口港区三维潮流数值模拟

建立三维潮流数学模型,采用潮位以及分层流速流向实测资料对模型进行验证,对天津港大沽口港区东、北防波堤延伸方案的潮流分布进行模拟研究。结果表明,港区附近表层与0.6h水深处流速大小较为接近,底层流速明显较小,各层的流向较为一致;港区现状口门布置条件下,口门附近流速和横流相对较大;口门东、北防波堤延伸工程实施后,口门航道附近水流流态明显改善,横流流速也进一步减小;从水流条件考虑,该延伸方案是合适的。

三维潮流数值预报方法

为了满足船舶驾驶员在航海活动中及时获取沿海潮流信息的需要,采用Backhaus三维非线性分层潮流数值模型,计算了黄海与渤海7000余计算点不同深度的潮流调和常数,开发了黄海与渤海三维潮流数值预报软件。实验结果表明,该软件可以在船上即时预报黄海与渤海任意点、任意时刻不同深度的潮流信息,同时可以在电子海图上显示出海区的潮流场,预报的表层潮流流向、流速曲线与实测海流曲线变化趋势一致,拟合良好,精度较高,达到了实用的程度,可以较好地为航海活动提供服务,保障船舶航行的安全。

非正交网格有限体积法在三维潮流场计算中的应用

有限体积法是求解流体问题的一个非常有效的数值方法,本文研究非正交网格有限体积法在三维潮流场数值模拟中的应用。由三维浅水方程出发,利用有限体积法的积分模式并引入Green-Gauss公式,将控制体单元的体积分转化为面积分,采用一种任意六面体单元,垂直涡动粘性系数定义为水深的函数。使之能适应复杂海域和地形,又可获得不同水深的计算数据。用本文方法对辽东湾海区流场进行了数值模拟,并获得理想的结果。

长江口局部河段三维潮流数值模拟研究

为了准确深入地认识长江口区水动力特征,基于非结构网格有限体积法,建立了长江口南支、南北港局部河段三维潮流数学模型。模型验证结果良好,说明其能够正确反映水流的三维运动形式。在此基础上,分析了北港入口处表底层水流特征以及新桥通道垂向水流结构。结果表明,北港入口处,落急值在表层与底层差别较大,涨急值差别相对较小。新桥通道处,涨急时,中上层与中下层垂向流速梯度差异明显,落急差异相对较小。

闽江河口三维潮流和余流特征及污染物运动轨迹的数值模拟

基于河口、陆架和海洋沉积物(ECOMSED)模型,将干湿网格判别技术引入潮汐潮流的漫滩过程,建立闽江河口的三维斜压潮流数值模型;开展闽江口潮流、余流的三维动力学特征研究,并基于Lagrangian粒子示踪法进行污染物迁移轨迹的模拟.结果表明:潮流受闽江径流作用影响明显,落潮流速大于涨潮流速;与涨急时相比,落急时的流速呈现明显的分层现象,且随水深的增大而逐渐减小,流速减小的幅度较大;北支水道余流强度大于南支水道;垂向上,表层余流流速大于底层余流流速,表、中层余流以落潮余流为主,而底层余流则以涨潮余流为主.粒子追踪的模拟结果表明:涨憩时刻是较理想的排污时间,梅花水道与川石水道以南沿岸是较理想的排污口位置,表层排放的污染物更容易且更快向闽江河口外迁移.

台风浪风暴潮作用下三维潮流数值模拟

针对台风作用下三维潮流模拟的技术问题,本文提出了波流耦合的三维潮流数值模拟技术。首先,基于三重网格嵌套的超高分辨率的韦帕台风风场,应用第三代波浪模型、二维潮流模型、三维水动力泥沙模型FVCOM和非结构化网格的二维、三维三重嵌套的方式,通过二次开发重点解决了三维模型中波生流和波流共同作用底部剪切应力的计算,并建立了台风作用下波流耦合的三维潮流数学模型。然后,模拟计算了2007年韦帕台风作用下连云港海域波流耦合的三维潮流过程。最后,对连云港港进行了不同布置方案的计算。研究结果表明:旗台港区内水流流态和流速各布置方案差异均较小;徐圩港区随着港区内围填工程面积的增大,大范围环流现象逐渐消失,流速也随之变小。研究成果可为连云港港30万吨级航道工程的设计提供技术支持。

海岸河口三维潮流数学模型

本文采用有限元法建立了适用于海岸河口浅水地区的三维潮流数学模型，垂向采用绝对分层坐标系统，将整个水柱分成若干层，在每层内通过垂向积分平均，将三维问题简化为多个平面二维问题。在求解有限元方程中，引入集中质量矩阵技术，在时间上采用两步ＬａｘＷｅｎｄｒｏｆｆ格式，使有限元方程直接以显式解出，不需联立求解，节省了大量的计算时间和计算内存，通过模拟表面切应力作用在矩形水地上而引起的水流，计算结果与分析解比较一致，并将本模型应用到香港维多利亚水道中，计算结果与实测值亦符合较好，证明本模型是一个实用而有效的三维潮流数学模型。

海岸三维潮流数学模型的研究及应用

本模型以三维Navier－Stokes方程为基础，经σ-坐标变换得模式方程，然后选用特殊的插值函数，利用有限元和差分相结合的方法求解．所建模型可适应具有较为复杂岸线和海工建筑的海域潮流计算，可进行局部加密，同时能以较高分辨率揭示三维潮流的空间结构特征．本潮流模型具有省时、简便的特点．

“韦帕”台风连云港海域三维潮流、泥沙数值模拟

大风天航道骤淤是连云港海域深水航道建设的关键问题之一。采用三维风浪、潮流及泥沙数学模型,对"韦帕"台风期间连云港海域的风浪、潮流及泥沙进行了模拟研究,模型计算值与实测值吻合良好;对"韦帕"台风期间连云港海域的水位变化、潮流与含沙量的空间分布特征等进行分析,并利用该模型对连云港深水航道二期工程台风期间航道回淤进行了模拟预测,结果表明,在类似"韦帕"台风的大风作用下,连云港二期航道没有发生泥沙骤淤碍航现象。

洋山深水港区一期工程陆域形成三维潮流数学模型计算

介绍任意曲线坐标系下三维潮流数学模型在洋山深水港区一期工程小洋山—镬盖塘陆域形成工程中的首次应用及其在工程方案研究、设计施工中发挥的重要作用。

胶州湾三维变动边界的潮流数值模拟

基于Blumberg等 (1 986)的河口、陆架和海洋模式 ,引入变边界处理技术 ,建立了胶州湾三维变动边界的潮流模型。模型以σ-正交曲线坐标下三维非线性潮波方程为基本方程 ,引入 2 5阶湍封闭方程组。采用分裂算子法数值求解方程组。利用湍封闭方程求解垂直紊动粘滞系数 ,采用干湿网格方法模拟潮流漫滩过程。三维变动边界潮流模型计算结果与实测值吻合良好。

FVCOM模型在象山港三维潮流盐度计算中的应用

应用非结构有限体积海岸和海洋模式(FVCOM)建立象山港区域的高分辨率三维潮流盐度数值模型。该模型水平方向采用非结构的三角形网格,使得能够更好地拟合象山港内众多岛屿和复杂曲折的不规则岸线边界,垂向采用σ坐标,考虑了湾口水道地形变化剧烈的特点。模型计算结果与实测结果吻合良好,较好地模拟了象山港内潮流盐度的时空分布特点。

基于SWAN和ECOMSED模式的大风作用下黄骅港波浪、潮流、泥沙的三维数值模拟

根据黄骅港外航道淤积问题的具体情况,本文采用三维细颗粒泥沙的ECOMSED模式对黄骅港海域的潮流、泥沙进行了模拟。数值计算结果与潮流为主要动力条件的现场实测结果进行了比较,二者吻合较好。在此基础上,本文采用SWAN风浪模型和ECOMSED对黄骅港骤淤进行了数值模拟,并与收集到的现场实测资料进行比较,也得到较好的结果。数值模拟显示,波浪是造成黄骅港外航道泥沙淤积的主要动力因素;在以波浪为主的动力条件下,含沙量在波浪破碎带达到最大,并且沿水深变化梯度较大。破碎带当地的泥沙跨过航道落淤是黄骅港外航道淤积的主要原因,岸边泥沙随落潮流下泻不是黄骅港外航道大风骤淤的主要原因。

基于对流与扩散效应的非正交曲线网格生成及三维潮流数值模拟

非正交曲线网格具有类似非结构网格的灵活性,同时,基于非正交曲线网格的三维数学模型又具备高效、无条件稳定的优势。本文借鉴Cauchy-Riemann条件,引入表征对流强度与扩散强度之比的Peclet数,构造了生成非正交曲线网格的调节因子,将曲线网格与动力环境紧密联系。对调节因子的收敛性分析表明,实际问题中非正交曲线网格生成的收敛性可以保证。由此,利用长江口水下地形生成了具有多级分汊、多联通特点的非正交曲线网格,并就长江口的三维潮流场进行模拟。结果表明,基于Peclet数生成的非正交曲线网格在复杂河口的三维潮流数值模拟中适用性良好,且有利于局部复杂流态的模拟。