葫芦岛海域潮流泥沙数值模拟

第２　６卷第３期　２　０　０　７年５月　热带海洋学报　

ＪＯＵＲＮＡＬ　０Ｆ　ＴＲＯＰＩＣＡＬ　ＯＣＥＡＮ０ＧＲＡＰＨＹ　Ｖｏ１．２６。ＮＯ．３　Ｍａｙ．２　０　０　７　

大亚湾海域潮流和余流的三维数值模拟　

吴仁豪　，蔡树群　，王盛安　，张文静　

（１．中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境动力学重点实验室，广东广州５１０３０１；　２．中国科学院研究生院，北京１０００４９；３．浙江海洋学院海洋科学学院，浙江舟山３１６００４）　

摘要：用三维陆架海模式（ＨＡＭＳＯＭ）对大亚湾海域的潮汐、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。给出了潮流性质、主要分潮的潮流椭圆和余流。计算结果表明，大亚湾海域的潮流性质以不正规半　日潮为主，水平潮流具有明显的往复流性质，主要呈南一北方向，落潮流速比涨潮流速大，其中表层Ｍｚ分潮最大　流速为２５．３ｃｍ・Ｓ～。流速受地形的影响，在大辣甲和黄毛山岛之间以及两岛与岸之间的区域流速较大，尤其在　

湾的东北角狭长地形处流最急，流速最大；靠近岸边流速较小，水平速度的垂向变化不大。夏季湾内余流较小，　海域自净能力较弱。冬季湾内水体的自净能力随流场强度加强而加强。　关键词：大亚湾；数值模拟；潮汐；潮流　中图分类号：Ｐ７３１　文献标识码：Ａ　文章编号：ｌｏｏ９—５４７０（２００７）０３－００１８－０６　

Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｉｄａｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ　

ａｎｄ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｔ　Ｄａｙａ　Ｂａｙ　

ＷＵ　Ｒｅｎ—ｈａｏ　’。～，ＣＡＩ　Ｓｈｕ—ｑｕｎ　，ＷＡＮＧ　Ｓｈｅｎｇ—ａｎ　，ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｎ－ｊｉｎｇ　・　

（１．ＬＥＤ，Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｓｅａ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｏｃｅａｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０３０１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００４９，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｍａｒｉｎｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｚｈｅｊｉｎｇ　Ｏｃｅａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｏｕｓｈａｎ　３１６００４，Ｃｈｉｎａ）　

第２６卷第５期　

２００７年ｌ０月　海　洋　通　报　

ＭＡＲＩＮＥ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＢＵＬＬＥＴＩＮ　Ｖ．ｏ１．２６，Ｎｏ．５　

０ｃｔ．２００７　

广西近岸海域潮流数值模拟　

张燕，孙英兰，　张学庆，刘晓丹　

（中国海洋大学环境科学与工程学院，山东青岛２６６００３）　

摘要：采用有限元三角形网格的分步杂交方法，建立了广西近岸海域的二维潮流数值模型，计算值与实测资料符合较好。采用主　

要分潮组合输入，模拟了研究海域的平均潮潮流场　模拟结果表明：涨急时，潮流向为东北方向，最大涨潮流速为７４　ｃｍ／ｓ左右；　

落急时，潮流向为西南方向，最大落潮流速约１００　ｃｍ／ｓ，落潮流速大于涨潮流速。近岸区域潮流为往复流，离岸边越远潮流越接近　

旋转流。　

关键词：潮流；数值模拟：广西近海：有限元　

中图分类号：Ｐ７３１．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—６９３２（２００７）０５—００１７—０００５　

潮流数值计算是研究海水运动和入海污染物输移及扩散的基础。目前在海洋模式中有两种数值方法被　

广泛地应用：有限差分和有限元法…。有限元法采用三角形网格，最大优点是它在几何形状上的随意性。　

广西海岸线蜿蜒曲折，海湾众多，从与广东省接壤的英罗港到与越南交界的北仑河口全长１　５９５　ｋｍ的海　

岸线中分布有大小海湾２０多个，在这些海湾内，岛屿、沙洲、岸礁密布，河流、浅滩、水道交错，岸形　

复杂，三角形网格可较好地拟合岸线。陈波、邱绍芳等　Ｊ，孙洪亮、黄卫民　采用矩形网格分别对广西近　

岸海域进行过二维和三维潮流数值模拟，而有限元三角形网格在此海域的应用研究还未见报道。本文采用　

有限元三角形网格分布杂交方法，模拟了广西近岸海域平均潮的潮流场，为污染物输运扩散提供动力场。　

１数值模式　

１．１基本方程及定解条件　

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詈＋“罢＋ｖ　＝一ｇ善　ｇ・—ｕ　＋一１）２＋Ｊｒ　“盖　一　‘—　一“　

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海岸泥沙输移的数值模拟及其应用的开题报告

一、选题背景

海岸泥沙输移是海岸区域常见的地形演化过程，其产生的原因有多种，如海洋动力过程、河口过程、地质作用、人类活动等。近年来，随着经济飞速发展和人口增加，沿海城市化、工业化和农业化进一步加强，导致海岸泥沙输移过程日益严重，造成沿海生态环境的破坏、渔业资源的损失、城市建设的困难等问题。

为了有效管理和控制海岸泥沙输移过程，需要借助数值模拟技术对其进行研究，探究其机理及变化规律，为海岸保护提供科学依据和技术支持。

二、研究对象

本课题的研究对象是海岸泥沙输移过程及其机理。通过对海岸泥沙输移进行数值模拟研究，可以探究其各个环节的机理及变化规律，为沿海地区的管理和保护提供科学依据。

三、研究内容

1.海岸泥沙输移数值模拟方法的研究：介绍当前常用的海岸泥沙输移数值模拟方法，比较各种方法的优缺点，选择适合本课题研究的数值模拟方法。

2.模型参数的获取和反演：通过采集实验数据、实地调查等方法获取模型所需的参数，对模型进行参数反演，提高模型的可靠性和精度。

3.模拟结果分析及应用：分析模拟结果，探究海岸泥沙输移过程的机理及变化规律，为沿海地区的管理和保护提供科学依据和技术支持。

四、研究意义

本课题采用数值模拟方法对海岸泥沙输移进行研究，可以有效地探究其机理及变化规律，为沿海地区的管理和保护提供科学依据和技术支持，为保护沿海的生态环境、渔业资源和城市建设提供有力支持。

五、研究难点和可行性分析

1.研究难点：海岸泥沙输移是复杂的地形演化过程，其机理涉及多个学科领域，需要综合运用物理学、地理学、水文学等知识进行研究。同时，海岸泥沙输移对海洋环境的响应有时空上的不确定性，导致获取数据的困难。 2.可行性分析：当前已有许多关于海岸泥沙输移的数值模拟研究，其基础理论和实验结果可以为本课题的研究提供重要参考。另外，现代技术的发展为本课题研究提供了良好的条件，如遥感技术、水文测量技术、计算机技术等，使得获取参数和处理数据更为简便和高效。

泥沙输运过程的数值模拟研究

泥沙输运是海洋、江河、湖泊等水域环境中的一个重要过程。它涉及水的流体力学、泥沙的颗粒力学、水沙两相流动和相互作用等多学科知识，并且与水环境安全、水利工程设计等相关，因此引起了广泛的研究兴趣。随着计算机软件的不断发展，数值模拟已成为研究泥沙输运过程的主要方式之一。

一、泥沙输运数值模拟研究的方法和技术

泥沙输运数值模拟主要分为两种方法：一种是基于统计物理学的颗粒运动模拟方法，另一种是基于CFD（Computational Fluid Dynamics）的连续介质数值模拟方法。

基于统计物理学的颗粒运动模拟方法是将颗粒看作具有一定质量、形态和分布的排列物，并且基于牛顿力学原理，利用数值方法来求解其在过程中的运动状态，以期获得泥沙颗粒的分布、输运速度和输运规律等信息。这种方法适用于细颗粒物质泥沙在水流/空气流的输运过程，例如海浪、波槽和海底环境下泥沙的输运过程。

基于CFD的连续介质数值模拟方法是将流体视为连续介质，采用同样的牛顿力学原理，通过对速度、压力和物质的输运过程进行数值求解，以期获得泥沙颗粒在水流/空气流中的输运规律和输运速度等信息。这种方法适用于泥沙颗粒较大、占用流动空间相对较小的情况下，例如水坝泄洪、船舶航行和海岸线防护。

二、泥沙输运数值模拟研究的应用案例

1.泥沙输运数值模拟在海岸防护中的应用

随着人口的增加和城市化的进展，海岸防护工程越来越得到重视。在过去，大多采用实体结构物来保护海岸线，这样往往会加剧泥沙的淤积和流动速度的变化，从而进一步影响海岸线的稳定性。而采用数值模拟的方法来研究泥沙输运过程，则可以大幅度减少海岸防护工程的成本和对环境的影响，从而保护海岸线的稳定性。 2.泥沙输运数值模拟在水利工程设计中的应用

水利工程设计中，了解泥沙在水体中的输运过程显得十分重要，因为这关系到水电站、水库和灌溉系统等工程的安全性和运行效率。通过数值模拟的方法，可以定量分析水域中泥沙颗粒的输运规律，为工程设计提供依据。