近岸波浪破碎区污染物运动的数值模拟

波浪斜向近岸传播中由波浪破碎作用所引起的近岸波流体系是近岸非常重要的环境水动力因素,对该区域污染物的运动分布起着重要的影响作用。结合近岸波浪传播的抛物型缓坡方程、近岸波流场数学模型及污染物在近岸波流作用下运动的数学模型,对近岸斜向入射波浪破碎所产生的沿岸波流场中污染物的分布运动过程进行了数值模拟,并结合实验结果对数值模拟结果进行了分析验证。     

海洋动力要素耦合作用对悬浮物质输移的影响

利用近岸海洋动力要素耦合作用的数学模型提供的水动力条件,对悬浮物质输移扩散规律进行了数值模拟,并与在单纯潮汐风暴潮条件下的悬浮物质输移扩散规律进行了比较.数值模拟结果表明,考虑波浪和潮汐耦合作用的海洋动力参数与实测资料更加吻合,从物理机制上看也更加合理;考虑近岸海洋动力要素耦合作用的悬浮物质输移扩散规律明显不同于单纯潮汐风暴潮情况下的悬浮物质输移扩散规律.因此,在考虑悬浮物质输移扩散时,不应只考虑潮流,必须考虑近岸海洋动力要素的耦合作用.     

基于曲线坐标系下缓坡方程模拟近岸波浪及波生流

为了更好地模拟曲线边界等不规则岸线附近,波浪传播及其破碎后形成的波生流问题,该文建立了正交曲线坐标下近岸波浪和波生流耦合数值模型;即采用可综合考虑近岸区波浪反射、折射和绕射等效应的双曲型缓坡方程计算波浪场,采用近岸深度平均的二维浅水方程计算波生流场,应用辐射应力的概念,使波浪模型为流场模型提供驱动力.波浪和波流模型基于相同的正交曲线网格,应用高效的ADI有限差分格式进行数值求解.将曲线坐标系下的耦合模型应用到半圆形水槽和凹型水槽两个物理模型中,数值模拟的结果分别和解析解、实验值及已发表的数值结果做了比较.模型实验验证表明,该文建立的数值模型比较准确、有效,可以应用到防波堤和河口等具有复杂边界和复杂地形的实际海域.     

曲线坐标下波浪抛物型缓坡方程及近岸流数值模型研究

建立了曲线坐标系下的波浪抛物型缓坡方程及近岸流数值模型,对不规则岸线地形下的波浪传播变形及近岸流运动进行了数值模拟研究.首先基于曲线化抛物型缓坡方程建立了正交曲线坐标系下的近岸波浪传播数值模型;然后通过正交曲线变换建立了正交曲线坐标系下的近岸流数值模型;进而基于波浪辐射应力的概念,耦合上述数值模型,对Gourlay模型实验和Hamm模型实验中不规则岸线地形条件下的波浪传播变形及近岸流运动进行了数值模拟研究,并结合实测资料对数值模拟结果进行了验证分析;最后基于上述耦合数值模型对美国San Francisco海湾的Ocean Beach海岸波浪斜向入射所产生的波浪场及波浪破碎所形成的近岸流进行了数值模拟研究.对比分析表明,本文数值结果与实验结果或其它学者所得数值结果基本一致,从而验证了本文数值模型的有效性.     

基于四叉树网格近海海域波浪、潮流相互作用的数学模型

针对近海岸区域地形、水文、泥沙运动复杂的特点,本文建立了高效的近岸平面二维隐格式潮流、波浪联合作用的数值计算模式.水动力数值模型以非线性的浅水方程为基础,应用Quadtree非结构网格,变量布设采用同位网格,u,v及水位变量布设在同一个节点上,简化计算程序的代码.采用有限体积方法离散方程,应用SIMPLEC程式求解离散的控制方程,由Rhie-Chow的动量插值方法计算界面通量可以避免棋盘式波动.整合的方程组采用最小残差法（GMRES）求解,并利用预条件的不完全Lu分解方法加速其收敛性、提高计算效率.波浪模型以考虑波浪折射、绕射、衍射以及波浪破碎影响的多向不规则波的波作用量守恒方程为基础,计算的波浪幅射应力反应波浪对水体的驱动力.将本文的耦合模型应用到稳态丁坝绕流、理想海湾、法国的Gironde Estuary、波生沿岸流和美国的Grays Harbor算例中,数值模拟结果分别和实验值及测量结果进行比较.计算结果表明,本文建立的平面二维波浪、潮流耦合的数值模型能够准确、高效的模拟复杂计算域的潮流及波浪问题,该模型对近海工程的顺利开展以及海岸带环境保护等方面具有重要的应用价值.     

基于非静压方程的波浪破碎模拟

在保证数值精度的基础上,为了提高非静压波浪模型在近岸波浪传播破碎模拟中的计算效率,基于非静压方程模型(SWASH)建立了近岸波浪破碎数值模型.数值模型通过将描述波浪破碎的非静压方程退化为非线性静压浅水方程并引入波浪破碎后能量衰减的紊动模型以减少模拟破碎时的垂向分层数.利用斜坡、潜堤以及沙坝上的波浪破碎水槽实验对模型进行了验证.结果表明,所建立的模型只需要在垂向划分较少的网格层数,即可合理地描述波浪破碎点位置和破碎后波高,进一步提高了非静压波浪模型在实际工程应用中的吸引力和竞争力.     

基于波能守恒方程模拟近岸波流场

基于波能守恒方程对平直斜坡上近岸波浪场以及近岸波浪斜向入射破碎后所产生的沿岸流场进行数值模拟.鉴于平直斜坡地形较简单,便于简单计算,利用基于波能守恒方程建立的波浪场数学模型计算得到波高的变化,从而利用Longuet-Higgins计算辐射应力.在此基础上,利用近岸波流场数学模型对实验波况下的波流场进行模拟,并将数值模拟...     

连云港近岸海域污染物输移规律

为研究连云港近岸海域污染物随潮流运动的输移和浓度增量的变化规律,以连云港徐圩新区新设污水处理厂远期入海排污口尾水排放为研究案例,采用非稳态浅水方程和垂向平均的二维对流扩散方程建立连云港近岸海域水动力及水质耦合模型,应用有限体积法在无结构三角形网格上对方程离散求解,模型开边界所需大、小潮潮位过程由TPXO海潮模型生成.计...     

近岸区人工岛周围波生流系统数学模型的验证

对于近岸区人工岛周围波浪破碎引起的平均流系统的研究不但具有直接工程意义,而且也涉及诸多理论问题,根据已建立的以Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程为基础的波浪破碎模型,结合东京电力研究所所做的人工岛周围波生流系统的实测资料,探讨近岸人工岛周围波浪破碎引起的环流系统,运用实测资料对数学模型进行了验证工作。     

随机波波生流的数值模拟

为了更合适地反映实际海浪的随机性,作者采用随机波折射－绕射模型和波生流模型对近岸海域中的波生流进行数值模拟,探讨不同条件下随机波波生流的流场结构。通过计算发现除地形对随机波波生流有明显影响外,波生流的大小同入射波高及波浪破碎关系密切,其流向特别是离岸流的位置与入射波向有关。     

Some characteristics and evolution of the internal soliton in the northern South China Sea

Based on the observational data of an internal soliton in the northern South China Sea (SCS) on June 14, 1998, the possible source of the internal soliton is analyzed, and some of its characteristic parameters such as phase speed, wave length, etc. are computed. Based on the analyses of the vertical modes of the internal wave, the characteristics of the wave-induced current during the propagation of the internal soliton are studied. A regularized long wave (RLW) equation numerical model considering effects of multi-fac- tors is employed, and the observed environmental parameters are used as the initial conditions to simulate the propagation and evolution of the internal soliton in the continental shelf of the northern SCS.     

Depth-dependent expression of obliquely incident wave induced radiation stress

The vertically dependent expressions of obliquely incident waves induced radiation stress are derived by use of the second order Stokes wave theory within three regions of the water column, that is, above the mean water level, below the wave trough level, and between these two levels. Computations indicate that the wave-induced radiation stress below the wave trough level is from the water wave particle velocity only, whereas both the water wave particle velocity and the wave pressure contribute to the tensor above the wave trough level; the vertical variations of the wave-induced radiation stress are influenced substantially by the velocity component in the direction of wave propagation; the distributions of the wave-induced radiation stress tensor over depth are non-uniform and the proportion of the tensor below the wave trough level becomes considerable in the shallow water; from water surface to seabed, the reversed variations occur for the predominant tensor components.     

曲线坐标系下非均匀水流中波浪传播的数值模拟

利用自适应网格技术，建立了曲线坐标系下缓变水深水域非均匀水流中波浪传播的数值模拟模型。将椭圆型非均匀水流中波浪传播的联合折射-绕射方程化为依赖时间变化的抛物型方程，并以此作为控制方程，克服了一般抛物近似方法的缺点；从开边界条件、不同反射特性的固壁边界条件相统一的表达式出发，对边界条件进行处理；用ADI法数值求解控制方程。验证结果表明，模型能适应复杂的边界形状，可以较好地模拟复杂边界条件下波浪传播过程中的多种物理现象，克服了以往各种代数坐标变换的局限性，有效地反映了水流对波浪传播的影响。模型的模拟结果可供实际工程参考使用。     

Depth-dependent expression of obliquely incident wave induced radiation stress

The vertically dependent expressions of obliquely incident waves induced radiation stress are derived by use of the second order Stokes wave theory within three regions of the water column,that is,above the mean water level,below the wave trough level,and between these two levels.Computations indicate that the wave-induced radiation stress below the wave trough level is from the water wave particle velocity only,whereas both the water wave particle velocity and the wave pressure contribute to the tensor above the wave trough level;the vertical variations of the wave-induced radiation stress are influenced substantially by the velocity component in the direction of wave propagation;the distributions of the wave-induced radiation stress tensor over depth are non-uniform and the proportion of the tensor below the wave trough level becomes considerable in the shallow water;from water surface to seabed,the reversed variations occur for the predominant tensor components.     

水质耦合模型在农药对土壤包气带污染中应用

在综合考虑农药类污染物在非饱和土壤环境中的水动力弥散、吸附解吸及微生物降解等环境行为的前提下,建立土壤中农药类化学污染物迁移的耦合动力学模型,模型中充分考虑了溶质在土壤固体骨架上非平衡吸附作用,并对农药阿特拉津在土壤中的运移过程进行了数值模拟,对模型中的几个重要参数(含水率、吸附速率和水动力弥散系数)进行了灵敏度分析;结果表明,土壤水分含量变化对农药类污染物质在环境介质中迁移转化起着重要作用.这对于定量化分析农药类污染物在土壤中迁移对地下水污染的潜在性影响提供了可靠的理论根据,同时可为现场农药环境污染评价提供技术支持.     

波浪Boussinesq方程与缓坡方程的比较

分析、比较了近岸浅水波浪传播变形的Boussinesq方程和缓坡方程的形式与特点,建立了包含底摩擦能耗效应、波浪破碎效应和子网格效应的Boussinesq方程波浪数学模型,并介绍了处理动边界问题的窄缝法以及处理消波边界的海绵层技术．采用经验非线性色散关系,结合含非线性项的缓坡方程,得到考虑非线性作用影响的缓坡方程模型．用物理试验结果对两种模型进行验证,并用相关性分析方法对两模型的计算精度进行了分析与说明．     

渤海湾二维温带风暴潮与波浪耦合数学模型

基于二维温带风暴潮控制方程和动量谱平衡方程理论,建立了二维温带风暴潮与Swan波浪计算模式相结合的波流耦合数学模型,研究了波浪辐射应力对渤海湾二维温带风暴潮过程的影响,通过对发生在该区域的2次温带风暴潮过程的模拟计算,得到了波浪辐射应力作用前后的风暴潮潮流、潮位变化过程,并与塘沽验潮站实测的潮位变化过程进行对比.结果表明:波浪辐射应力对不同风暴潮过程的影响程度不同,与风应力的分布规律有关;考虑辐射应力作用的波浪与风暴潮耦合模型的模拟潮位变化过程和实测潮位变化过程较吻合,波浪辐射应力对岸线附近潮流形态的影响较明显.     

海岸河口水域波浪传播数值模拟

提出了水深与流场缓变水域波浪传播数学模型－水流中依赖时间变量并考虑能耗的波浪“缓坡方程”及其等价的控制方程组,分析比较了无水流情况此理论模型与其相应的两种抛物型近似的差别,提供了长江口波浪变形数值模拟计算工程实例,实例表明,该模型能适应河口在角洲大范围水域波浪传播数值计算。     

河床沉积物厚度对河水污染物向地下水扩散影响的模拟分析

以滦河为例,基于FEFLOW建立二维剖面水流模型和硝酸盐运移模型,根据地质、水文地质和实测水位资料调试水文地质参数,校正模型很好地反映研究区情况。利用校正后的模型模拟了不同厚度河床沉积物对硝酸盐的扩散情况,发现了河床沉积物厚度对污染物扩散影响的变化规律,结论对研究污染河水对地下水的影响具有指导性意义。