基于FVCOM模型的二维海上溢油数值模拟研究

发布时间：2020-07-19 15:37

【摘要】：海上溢油事故不仅给海洋生态环境造成严重破坏,还威胁人类的健康,制约经济的发展。对此,深入研究海上溢油行为和归宿,为溢油事故清理工作及时提供有效的信息,最大限度减小溢油带来的危害是十分重要的。海上溢油受多种环境因素影响,其中风和潮流是最重要的环境动力因素。本文总结了前人的研究成果,基于水动力模型,建立了二维海面溢油行为归宿预报模型。本文的主要研究内容为： (1)采用FVCOM (The Finite-Volume Coastal Ocean Model)水动力模型对大连湾附近海域潮流场进行了数值模拟,并验证了模拟结果。 (2)建立了二维海面溢油行为和归宿预报模型。本模型采用“油粒子”思想,基于Lagrange追踪法及粒子云团随机走动原理模拟海面溢油的漂移、扩散、蒸发等过程。该方法将油膜平均分成具有一定体积的小油斑,每个小油斑在对流、湍流作用下漂移、扩散,对每个小油斑规定随时间变化的坐标系,由此可以计算出时间t内的各个小油斑的坐标,从而模拟出整个油膜的轨迹和形状。 (3)将模型应用于2010年7月16日大连新港输油管线爆炸引起的溢油事故中,将模拟结果与实际观测资料进行了对比。由于溢油事故发生在大连新港,大连湾附近沿岸受到很大程度污染,生态环境遭到破坏,大片油膜漂移到湾外海面,造成海面大面积污染。海上溢油的漂移、扩散主要受潮流及海面风的影响。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X55
【图文】：

水深统一转化为“相对水深”，0到一1之间，这不仅使整个计算水域垂向具有相同的网格数，而且可任意分层，从而保证了浅水部分更高的垂向分辨率，从数值方法上讲，在口坐标下，方程的离散求解要更容易。图2.1给出了直角坐标下个变量的示意图，口坐标转换公式:一三二生-H+否z一否D (2.1)其中，。在底部为一1，而在表面为0。口层的分布公式如下:kb2)口(k)=代表平均分层;一【(k一1)/(kb一1)]P-SIGam其中，尸习6人剑_君~一:，由水底到水面，(2.J层越来越密集，代表6总的层数。

为了更精确地计算海面高度、垂直速度、温度、盐通量和水平速度，我们将咨，H，D，勿，S，T，p，矿，户，K，，K*，A，和A力放在节点上，而。和;放在三角形中心点上计算，图2.3给出了给变量在网格中的位置。在三角形节点上的变量通过计算穿越与每个相邻三角形中心点所围成的切面的净通量来确定，而在三角形中心点的变量则通过计算进出三角形三条边的净通量来确定。2.3.2方程的离散求解FVCOM模型采用模式分裂法求解，将求解过程分为内模式和外模式，其中以二维模式求解作为外模式，计算潮波的物理过程;以三维模式求解作为内模式，计算潮流的垂直结构，模式分裂法充分引用己发展得较为完善的二维模型，具有较高的精度，由外模式求解出自由表面的水位和垂向平均的水平流速分量，内模式计算三维速度、紊动变量及物质输运浓度等。

Fig.2.4Thelocationofvariableintheghd2.3.2.1二维外模在给定的控制体内，对连续性方程(2.12)求面积积分，得到}险、一{{改孕、缨、dy一时，DdstJJ口t“以不只厂(2.34)其中，瓦是通过节点相连的相邻三角形中心点所围成的切面的法向水平速度;:’为绕此封闭切面的轨迹。方程(2.34)通过修正过的四届Runge这个被修正后的多步时间积分方法具有二阶计算精度，出:一Kutta时间积分法进行求解运算具体的积分过程由下列各式给封二粼R尽=R』=NT(tz)，盯~，r，直一刀^J‘‘山L\~2用一l阴一‘功一，刀7=l(2.35)D六_，+(故2。，可一妙2，可)刀孔l

【引证文献】

相关硕士学位论文 前2条

1 谭凤;基于WRF大气模式的大风过程波浪模拟[D];天津大学;2012年

2 王t

本文编号：2762611