泥质海床的黏弹塑性模型

为研究波浪在泥质海床上的波高衰减,该文利用不可压缩流体的基本方程建立了波浪作用下水和底泥耦合运动的数值模型,模型能适应各种形式的底泥本构关系.控制方程组采用有限体积法求解,自由表面和水与泥层的界面采用VOF方法模拟.通过对比研究黏性模型和黏弹塑性模型对于底泥引起波浪衰减现象的有效性表明,当底泥密度较小时,黏性模型可以较好地模拟底泥引起的波浪衰减,但底泥密度较大时,其塑性特征不能忽视,采用更具一般性的黏弹塑性模型才能较好地反映波浪衰减的趋势.     

河流海岸水动力学综合模型

为研究在波浪、潮流及河川径流等多种动力因素共同作用下河口海岸地区的水动力环境,建立了一个河口海岸地区的综合水动力学模型。该综合模型应用了基于改进型Boussinesq方程的近岸模型、基于Saint-Venant方程的河道模型,并考虑了波浪破碎及底部摩擦的影响,将近岸水动力模型和河道水动力学模型进行耦合求解。将该模型用于研究长江口及口内感潮河道径流与潮流的相互作用,涨潮及落潮过程中水流运动。计算所得到的各测站水位、流速及流向与观测资料吻合良好。     

分汊河道分沙的三维数值模型

为分析汊道口门处水流结构对悬移质分沙的影响,采用带旋流修正的k-ε双方程紊流模型,对分汊河道分流口门处的三维水流结构进行精确计算,并在此基础上,采用可考虑相间滑移的混相流模型对不同形态分汊河道的悬移质分沙进行计算。计算结果显示了分汊口门处表底层水流的差异及横向环流的存在等现象,与前人的实验值吻合良好。计算结果表明,分汊口门处的环流强弱和悬移质垂线分布是影响汊道分沙比与分流比关系的主要因素。     

河流海岸水动力学综合模型

为研究在波浪、潮流及河川径流等多种动力因素共同作用下河口海岸地区的水动力环境,建立了一个河口海岸地区的综合水动力学模型。该综合模型应用了基于改进型Boussinesq方程的近岸模型、基于Saint-Venant方程的河道模型,并考虑了波浪破碎及底部摩擦的影响,将近岸水动力模型和河道水动力学模型进行耦合求解。将该模型用于研究长江口及口内感潮河道径流与潮流的相互作用,涨潮及落潮过程中水流运动。计算所得到的各测站水位、流速及流向与观测资料吻合良好。     

潜堤上波浪分裂现象的数值分析

为研究潜堤附近水波变形现象,建立了一个模拟该现象的数值方法。基于势流理论的基本方程,其中入射波浪的生成基于域内源造波方法,无反射边界采用海绵层消波加辐射条件的处理方法。垂向采用σ坐标变换,可保证自由表面和底面边界的"精确"满足,同时便于有限差分法的应用。使用该模型对二个已有的物理模型实验进行计算,比较了长波和短波越过潜堤时波浪变形特性的异同。计算所得潜堤前后不同位置处的波面与实验结果吻合较好。结果表明:该模型能很好地模拟坡度不同的潜堤前坡上高次谐波的产生和堤后波浪分裂现象,可用于求解二维强非线性势波问题。     

杭州湾内风暴潮与天文潮的耦合效应

研究杭州湾内风暴潮和天文潮之间的相互复杂作用对于准确预报风暴潮增水有着重要的意义.本文采用ADCIRC垂向积分水动力数学模式和藤田台风模型,计算风暴潮与天文潮耦合作用下的潮位过程,并与简单线性叠加的结果进行比较,探讨理想条件下天文潮与风暴潮的非线性作用特征.同时对杭州湾地区的天文潮以及9711号典型台风过程引起的风暴潮进行计算,分析该地区天文潮和风暴潮之间的非线性作用特征及影响因素.结果均表明,天文潮影响下的风暴潮增水过程存在与天文潮相同周期性波动成分;和耦合计算相比,简单叠加得到的水位有高估高潮位、低估低潮位的趋势.     

水滑坡体产生的涌浪特性

入水滑坡体所产生涌浪的波峰高度及传播时间是此类灾害预警和风险评估最为关注的特性参数。本文通过对滑坡体和水波相互作用的耦合数学模型进行数值求解,研究了以上2个特性参数与滑坡体形状及运动过程的关系。数学模型中假设滑坡体兴波区域内水波横向能量扩散可忽略,在立面二维的简化下应用非线性浅水方程描述水波过程;假设滑坡体底部流体法向流速为零,应用简化的Novier-Stokes方程描述底部流动;在滑坡体的运动方程中考虑了惯性力、水波波动压力、底部流体对滑坡体的阻力和浮托力以及滑坡体和滑动面间的摩擦力等。数值结果表明:滑坡体水平速度越大,涌浪传播越快;当滑坡体水平速度接近波速时,滑坡体具体形状对波峰高度有显著影响;当滑坡体水平速度大于波速时,波峰高度随滑坡体速度的增大而减小。因此,以往数学模型中对滑坡体具体形状的忽视,或者设定过大的滑坡体速度,都有可能导致波峰高度的低估,不利于防灾减灾。     

海湾内传输过程时间尺度的计算方法

为了探明海湾中水体交换、污染物扩散等过程中的物质传输特征,提出相应传输时间尺度的计算方法并进行数值模拟分析。基于水动力模型COHERENS,分别采用基于粒子跟踪法的Lagrange方法和基于对流-扩散方程的Eul-er方法对东京湾的滞留时间和游弋时间进行计算。结果显示:传输时间尺度在东京湾中的分布特征,表明水体自外洋进入海湾后的传输过程及湾内外水体的交换速率都在空间上存在差异。本方法既可用于估计水体系统宏观的传输时间尺度,亦能得到其空间分布。     

北部湾及广西近海潮流数值模拟

该文采用二维浅水模型模拟分析了北部湾海域潮流系统,并在此基础上建立了广西沿海一、二维耦合水动力模型,模型中考虑了广西沿岸6条主要入海河流对近岸水动力的影响,进一步分析了广西近海海域潮致余流场及其对近海污染物输移扩散的影响。模型潮位计算值和实测值符合良好。结果显示:K1分潮在北部湾口形成一个逆时针旋转潮波系统,M2分潮在湾顶越南海防附近形成逆时针旋转潮波系统,广西近海海域K1分潮占优。广西沿海海域内,离岸较近的海域余流场相对较强,余流速度受浅水效应及湾口等地形缩窄影响而增强;离岸较远海域余流明显减弱,水体交换能力降低。     

基于两相紊流模型的悬移质泥沙运动数值模拟

为了研究河流海岸工程中悬移质泥沙运动,建立了两相流紊流的数值模型。考虑相间相对运动的影响,水相和颗粒相通过相间作用力进行耦合,雷诺方程采用κ-ε-Ap紊流模型封闭。基于有限体积法的思想,利用具有三阶精度的QUICK格式对流项处理,采用TDMA迭代方法离散方程组求解。应用该模型,计算了明渠恒定均匀流动中泥沙的垂直浓度分布。计算结果与Coleman的实验结果吻合很好,且比经典的Rouse公式更加符合实际情况。