海湾水交换数值模拟方法研究

发布时间：2020-04-28 22:10

【摘要】：21 世纪是“海洋的世纪”。海洋拥有着丰富的资源，是人类生产生活重要的 生态支持系统。但是近年来随着经济的快速发展大量污染物进入了海洋，对海洋 环境造成了严重的影响。对海洋环境进行污染控制和治理就必须了解海洋的水交 换能力。对于渤海湾这样的半封闭海湾，研究其海水交换特性对于其环境的治理 和污染控制具有重要的意义。本文在前人工作的基础上提出了基于数值计算水交 换的方法并应用于渤海湾。 本文建立了平面二维的水动力学模型和平面二维对流扩散模型，使用有限差 分的 ADI 方法对模型进行离散。编制了相应的软件及其前后处理和动态演示系 统。并用实验室突扩水槽实验结果和渤海湾实测资料对数学模型及其系数进行了 校正和验证。模型计算结果与实验结果吻合。 研究了海湾水交换的机理，，广泛收集和整理了各种资料，系统地分析和评价 了目前已有的各种水交换模式。对海湾进行数值模拟，并比较了各种水交换模式 的结果，认为当前的几种水交换计算方法应用于大面积海湾会产生较大的误差。 提出了用半交换周期来表征海水交换能力及其分布特征的数值计算方法。 本文用建立的数学模型和数值水交换计算方法对渤海湾的水交换进行了数 值模拟，计算了渤海的潮致欧拉余流场，得到了渤海湾水交换能力的空间分布， 结果显示渤海湾中一些海域水交换能力较差。最后，考虑了排污的影响，计算了 天津海域排污口处的质点在渤海海域的运动状况和排出污染物的对流扩散运动 及其分布。
【图文】：

扩散水槽测点位置示意图

第四章 渤海湾的海水交换用的数值积分方法有欧拉法和龙格库塔方法等。其中 t为计算中采用的时间步长。[ ( ) ( )]0012VX,ttVX,ttXXnLnLnnvvvvvv+ + =++(4-9)质点所在的单元确定以后，通过单元节点上的速度值iVv经过线性插值可以计算出质点的速度LVv。图 4-11 为由北塘口排放出的质点的运动轨迹，从图中可以看由北塘口所排放出的质点在渤海湾西北部形成一个环流，只有很少的质点流出该海域，说明该处海水交换很少，这与数值模拟水交换的结论是一致的。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：P715

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本文编号：2643908