潮间带潮汐水流模拟研究

发布时间：2020-10-28 00:43

　　 潮间带是高低潮水位线之间的海域,作为陆地与海洋的连接纽带,受自然环境因素以及人类的活动影响非常大。潮汐、潮流是潮间带普遍存在的一种海洋现象,也是海洋运动一种形式,影响着人类的生产活动。海岸是人类活动非常频繁的地方,往往也是资源开发潜力最大的地带,所以认识潮间带潮汐潮流的规律,研究潮汐的变化以及潮汐潮流的模拟对人类社会可持续发展有重要意义。本文结合辽河口潮间带工程实例,对潮汐水流以及潮间带的形成进行模拟,通过模拟加深了对潮间带的认识和了解。本文基于HydroInfo软件建立三维自由水面潮间带模型。以VC方式的非结构化有限体积方法离散浅水方程,基于HLL的近似黎曼解求解数值通量,同时用半隐格式处理源项保证稳定性,给定初始条件以及边界条件建立模型,利用两种类型溃坝问题验证模型的适用性以及准确性,并应用模型进行潮间带潮汐水流的模拟。HydroInfo软件中自带的三种潮汐预测的模式,其初衷是为了在数值模拟缺少边界条件的情况下可以计算出相对准确的潮位变化数值,进而为研究后期提供资料。模型选取潮汐预测模式时要根据所需条件的地理位置不同来选择一种潮汐预报模式,其中调和分析模式充分考虑了潮位在浅水区的变化,在掌握精确的调和常数资料的情况下选用此模式。中国近海模式对于位于深水区位置的测点具有更高的精度。大洋模式预测潮位对于靠近陆地的位置精度较低,对于大洋内部的位置精度很高。本文模型以渤海海域为计算域,边界取在大连及烟台两地,采用了中国近海潮汐预报模式,潮位过程从边界位置传播至辽河口地区,可以观察传播过程中渤海沿岸大连港,鲅鱼圈,营口港,菊花岛,曹妃甸,天津港,莱州港,烟台港等8个港口的模拟计算值与潮汐表值的对比,实测潮位过程由中国海事服务网发布的潮汐表提取,模型流场分析时可以观察每个时刻模拟结果以及各网格节点的水位、水深及流速过程等。各港口潮位及潮差模拟结果数值解与潮汐表数据基本一致,HydroInfo软件计算得到的数值解能够很好的模拟潮位变化过程。通过Tecplot软件得到辽河口地区潮间带范围,经过模拟研究进一步加深对潮间带的研究和认识。通过该项目的研究,对潮间带潮汐水流有了全面地认识,为以后潮汐潮流数值模拟提供了依据。潮间带的研究也为后期人们对潮间带生态环境的研究作出了贡献。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P731.23
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 国外研究进展
        1.2.2 国内研究进展
        1.2.3 潮间带数值模拟难点
    1.3 主要研究内容
2 潮间带模型基本理论
    2.1 基本控制方程
        2.1.1 N-S方程
        2.1.2 雷诺时均方程
        2.1.3 湍流模型
    2.2 二维浅水方程的建立
    2.3 有限体积法离散
        2.3.1 VC方式（Vertex-Centered）的非结构化有限体积方法离散
        2.3.2 对流通量离散
        2.3.3 半隐格式的构造
    2.4 源项的处理
    2.5 初始条件和边界条件
        2.5.1 初始条件
        2.5.2 边界条件
    2.6 Hydroinfo软件简介
    2.7 模型验证
        2.7.1 溃坝间断问题验证
        2.7.2 弯道溃坝问题验证
    2.8 本章小结
3 潮汐过程分析
    3.1 潮汐现象及产生原因
        3.1.1 潮汐现象
        3.1.2 潮汐产生的原因
    3.2 潮汐预测及其应用
        3.2.1 潮汐预报
        3.2.2 潮汐预报的应用
    3.3 HydroInfo软件潮汐预报模式
        3.3.1 潮汐预报的原理
        3.3.2 准确性验证
    3.4 本章小结
4 辽河口潮间带分析
    4.1 研究区概况
    4.2 现有数据分析
    4.3 模型建立
        4.3.1 数据准备
        4.3.2 模型建立
    4.4 模拟分析
        4.4.1 潮位对比
        4.4.2 流场分析
        4.4.3 潮间带分析
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献

【参考文献】

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本文编号：2859315