非线性波浪的数值模拟

为快速有效地模拟三维波浪问题,采用高阶谱方法建立了完全非线性波浪的数值计算模型.高阶谱方法是将速度势函数展开成Fourier级数的形式,通过快速Fourier变换求其空间导数,具有很高的计算效率和精度.把数值结果与五阶Stokes波理论解和聚焦波实验结果相比较,并计算了初始面升高引起箱体内液体运动问题,验证了所建立的数值计算模型的有效性.     

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.     

波浪变形数值模拟

从 Navier-Stokes方程出发 ,采用修正的 k-ε模型来封闭雷诺方程 ,作为紊动波浪场的控制方程 .采用修正的 VOF方法跟踪自由表面 ,应用施主与受主单元模型求解流体体积函数 F的输运方程 .在差分离散方法的基础上 ,采用通度概念 ,对不规则边界进行处理 .在近壁区范围内 ,采用壁函数技术解决壁面效应问题 .通过数值计算成功地模拟出椭余波通过潜堤时波面的变形过程 .     

波浪在潜堤上破碎的数值分析

为模拟潜堤上的波浪破碎,在高阶Boussinesq方程中引入二阶紊动粘性项,建立了考虑波浪破碎的Boussinesq数值模型.在非交错网格下利用预报—校正的有限差分法求解控制方程,其中预报采用了三阶Adams-Bashforth格式和校正采用四阶Adams-Mouhon格式.利用数值模型,通过数值试验,再现了波浪在不同坡度的潜堤上破碎演变过程.首先通过一组地形,将计算波面的时间历程与实验结果进行了对比,讨论和分析了二阶紊动粘性项中启动破碎的参数对数值计算结果的影响,给出模拟该问题时最优参数取值,进而通过其他两组地形的数值计算结果验证参数取值的合理性.     

波浪为形数值模拟

从Navier-Stokes方程出发，采用修正的k－ε模型来封闭雷诺方程，作为紊波波浪场的控制方程，采用修正的VOF方法跟踪自由表面，应用施主与受主单元模型求解流体体积函数F的输运方程，在差分离散方法的基础上，采用通度概念，对不规则边界进行处理，在近壁区范围内，采用壁函数技术解决壁面效应问题，通过数值计算成功地模拟出椭余波 通过潜堤时波面的变形过程。     

直立式透空防波堤周围非线性波浪传播的数值模拟

基于改进的Boussinesq方程的数学模型,对非线性波浪在透空式防波堤周围的波浪变形进行了数值模拟.实例实验证明,该模型可对非线性波浪在透空式防波堤周围的波浪变化作出准确的预测,对透空式防波堤工程有一定的参考价值.     

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。     

面向海洋工程应用的数值波浪水池

采用FLUENT软件中的用户自定义函数功能和动网格功能进行造波和消波,采用VOF方法捕捉自由液面,开发了一个数值波浪水池,该水池可以生成规则波浪、按照波谱生成不规则波浪以及生成既定的不规则波波列.文中开展了网格和时间步长试验,力图找到经济精确的网格划分方案和高效的时间步长方案.文中按照Jonswap谱进行了不规则波浪的数值模拟,采用了等分能量法分解波谱的频率区间来得到组成波的圆频率,模拟结果显示计算波谱与目标波谱一致,波浪的统计特征得到了很好的体现,模拟不规则波波谱的缺点是耗时过长.由于真实海况下对海洋浮式结构物造成损坏的往往不是整个波浪时间序列,而是少数的几个大波或者波列中的波群.因此采用CFD方法准确模拟出既定的波列将会对了解极端海况下海洋结构物的损坏事故提供极大帮助.采用本文提出的方法成功模拟出了既定的极大波,这个方法的关键在于确定造波板的运动规律.类似按照波谱造波,文中将造波板处的波浪时历进行了分解,得到了若干个小振幅波,通过傅里叶级数法推导出了每个小振幅波的特征参数.同样采用水力传递函数确定每个小振幅波对应的推板振幅,之后将这些组成波对应的推板运动规律进行叠加得到了模拟不规则波波列时需要的推板运动规...     

浅水中非线性波浪传播过程的数值模拟

采用混合的欧拉-拉格朗日法计算波浪传播问题；用0-1混合边界元法求解流场边界的速度势与法向速度；用非线性波浪自由表面边界条件的时间过程积分来推算游泳演变过程；并在远端辐射边界采用阻尼层数值消波技术，以消除远端边界对波浪的反射作用，数值结果给出了波浪传播过程中的形态并与线性波浪作了比较。     

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。     

引江济太调水工程对太湖水动力的调控效果

为研究引江济太调水工程对太湖水动力调控所产生的效果,采用数学模型对其水动力进行模拟.利用环境流体动力学模型(EFDC模型),以湖体水龄(描述湖泊水体交换速率的参数)为研究对象,系统地研究引江济太调水工程对太湖水动力的调控情况.结果表明:(a)引江济太调水工程对太湖湖体水动力过程的作用效果很大程度上取决于风速、风向以及出入湖的流量;(b)太湖湖体水龄的分布具有很强的时空异质性,夏天的平均水龄约为130d,其他季节的平均水龄约为230d;(c)太湖地区夏天的主导风向——东南风能够促进东部湖区(无锡、苏州水源地所在地)和梅梁湾湖区(太湖重污染区)的水交换,改善水体运动条件;(d)望虞河入湖的最经济调水流量为100m3/s.     

NCAR湖泊子模型对东太湖湖-气交换的离线模拟及评估

准确的湖泊-大气陆面过程方案对天气气候的模拟和预测十分重要。通过对内陆浅水湖泊太湖东部不同季节水生植物特征进行分析,调整了NCAR湖泊子模型的消光系数、湍流扩散系数及粗糙度等参数;利用东太湖避风港1号观测平台2012年1、4、7、10月的观测数据驱动离线湖模式,评估了NCAR湖泊子模型对不同季节感热通量、潜热通量、湖表温度及摩擦速度的模拟性能。结果表明,参数调整后的NCAR湖泊子模型的模拟结果在4个季节都有了不同程度的改善,其中感热通量模拟值与观测值的均方根误差由12.37 W·m-2减小到9.7 W·m-2,潜热通量由50.19 W·m-2减小到31.48 W·m-2,湖表温度由1.03℃减小到0.62℃,摩擦速度由0.23 m·s-1到0.10 m·s-1。     

Sediment resuspension in the Lake Taihu, China

The Lake Taihu is a large shallow lake in eastern China, with a surface area of 2338 km2, catchments of 36500 km2 and mean depth of 1.9-2.0 m [1]. It is fre-quently influenced by winds and therefore wind-gen- erated waves. The bottom sediment can be resus…     

太湖流域主要入湖河道污染物通量研究

利用经率定验证的太湖流域平原河网地区河道水量、水质计算模型以及太湖流域废水负荷模型,根据1995年(丰水年)、1988年(平水年)、1971年(枯水年)的水文资料,以及1995年太湖流域各主要河道纳污量资料,计算了各典型年不同季节入太湖河道的入湖水量和水质浓度,由此计算出太湖流域河网区各主要入湖河道污染物入湖量,并结合河网中水的流向,得出入湖河道污染物通量的综合影响结果：直湖港最大,主要输送无锡地区的污染物．     

沉水和浮叶植物在浅水湖泊生态系统中的作用——以太湖为例

对太湖沉水和浮叶植物、底栖动物及其湖泊水质和沉积物状况等进行了调查.结果表明:沉水和浮叶植物的存在对太湖水质、沉积物特性和底栖动物的多样性均有一定影响.有草区与无草区比较:其水体透明度提高了1.12(5月)和1.99(9月)倍,TN浓度降低了1.84(5月)和0.70(9月)倍,TP浓度降低了0.99(5月)和1.58(9月)倍,叶绿素含量降低了2.17(5月)和1.54(9月)倍,有草区底栖动物的生物多样性(75种)明显高于无草区(53种),方差分析差异达显著(P0.05)或极显著(P0.01).表明沉水和浮叶植物是维持太湖浅水湖泊健康生态系统的重要组成部分,在浅水湖泊中的作用不可替代.     

基于反射光谱及模拟MERIS数据的太湖DOC浓度定量提取

利用地物光谱仪研究了太湖DOC浓度与反射光谱之间的关系，结果表明：DOC浓度与745nm附近的反射率及665、695nm处一阶微分具有较好的相关性，可以用745nm处反射率及665、695nm处一阶微分来估算DOC浓度。通过对模拟MERIS数据的分析，得出太湖的DOC浓度也可以用MERIS的第10波段及第9波段与12波段的比值有效地估测。     

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...     

环太湖主要入湖河流污染负荷量 对太湖水质的影响及趋势分析

基于2007—2014年环太湖主要入湖河流水量、水质监测资料以及湖区水质监测资料,以CODMn、NH3-N、TP、TN为主要污染指标,阐述入太湖各湖区污染负荷量的时空分配,评估环太湖主要河流入湖污染负荷量对湖区水质时空变化的影响。通过环太湖入湖河流水量分析,考虑污染负荷量的历史长序列变化规律,定量了环太湖入湖河流水量、水质等相关因素对太湖水体污染负荷量贡献率,分析环太湖河流入湖污染负荷量对太湖水质的影响。结果表明,近年来对太湖入湖河流的治理成效,说明对入湖河流污染物的控制是缓解和治理太湖污染负荷输入的重要途径,为制定和实施环太湖河流入湖污染负荷限排总量意见提供参考。     

太湖流域营养物质输移的模拟评估研究

以太湖流域上游来水区作为研究区,利用1995年、1998年和2002年实测的气象、水文水质资料和社会经济统计资料,以SWAT模型为模拟工具,对土壤本底营养盐、城镇农村居民生活排污、牲畜养殖排放、农业化肥使用、工业点源排放等5种营养来源进行了敏感性模拟.模拟结果表明:生活污水和工业点源是最重要的营养物质来源;农业化肥、牲畜养殖、生活污水、土壤本底营养盐及其他面源等非点源营养物质来源是太湖外源输入的主要形式;在营养盐入湖总量中,大约86%的总氮和88%的总磷与人类活动密切相关;总氮、总磷入湖量的贡献份额具有明显的空间差异,湖西区和武虞区是营养物质外源输入的主要贡献地区.     

应急调水对太湖北部污染物扩散的影响

以太湖为研究对象,采用Delft3D模型建立了太湖湖区的二维水动力模型,利用2007年太湖污水团事件有关数据进行了验证计算.在SE向3 m·s-1风况下,运用此模型,对太湖湖区不同的调水方案进行了模拟,对比分析了各方案对贡湖取水口处污染物扩散的影响.结果表明:在SE向3m.s-1风况下,望虞河枢纽进水流量越大,对污染物的应急去除效果越好,而增加太浦闸出水流量的效果甚微;贡湖水厂新取水口相比旧取水口,在地理位置、补给水源等方面占优.