渤海水动力环境的数值模拟研究
发布时间：2023-02-22 19:35
渤海被津、冀、辽、鲁四省市环抱,是中国最大的内海。环渤海地区人口密集、经济发展活跃,是中国经济发展的重要引擎之一。然而,在经济社会快速发展的同时,渤海面临的环境压力也日益增长。水动力环境是影响渤海整体环境质量的重要因素,是保护和治理渤海环境的关键所在。本文以水动力学数学模型为主,结合现场调查及地球化学分析,对渤海水动力环境进行了研究和探讨。建立了一种新的地下水-地表水全耦合数学模型。基于海滩地下水和地表水自然联系的事实,从基本的控制体出发,推导出了一组形式统一的、适用于地下水和地表水运动耦合模拟的方程,对该方程组进行差分离散,建立了一种新的地下水-地表水全耦合数学模型,并对模型进行了基本验证。该模型不区分地下水和地表水,将二者视为统一整体,采用统一的方程和数值格式进行计算,为地下水和地表水的全耦合计算开辟了新的途径。在模拟具有广阔潮间带的海域的地表水运动时,由于该模型可以将地下水纳入计算域统一计算,无需为处理移动边界而对水深进行截断,从而具有很好的质量和动量守恒性。将水动力学模型与地球化学分析相结合,对渤海三大海湾之一的渤海湾的水动力条件、沉积状况和沉积物中重金属含量的分布及三者的关系...
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
abstract
符号字母表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 研究综述
1.2.1 水动力学模型
1.2.2 动边界处理及地下水地表水耦合
1.2.3 海洋重金属污染和海底沉积状况
1.2.4 海湾及河口水交换研究
1.2.5 波浪模型
1.2.6 风暴潮的数值模拟
1.3 本文主要工作
第二章 水动力学模型及其基本验证
2.1 控制方程
2.1.1 方程的推导
2.1.2 边界条件
2.2 数值格式
2.3 模型基本验证
2.3.1 稳态地下水
2.3.2 直立面孔隙介质中的地下水波的传播
2.3.3 缓坡海岸上的验证
2.3.4 受潮汐影响的封闭瀉湖
2.3.5 波浪在透水防波堤中的透射与反射
2.4 本章小结
第三章 研究区域与观测数据
3.1 渤海及渤海湾概况
3.2 渤海湾海洋调查
3.3 数据测量和样品处理
3.3.1 流速和水位观测
3.3.2 底泥的采集与测试
3.4 本章小结
第四章 渤海湾重金属分布特征及水动力机制
4.1 渤海湾底泥中重金属分布
4.2 渤海湾环流与重金属输运
4.2.1 环流和水动力条件
4.2.2 物质输运模型——随机游动粒子跟踪模型
4.2.3 重金属的输运路径
4.3 渤海湾海底沉积状况
4.3.1 7Be和210Pb沉积物测年
4.3.2 沉积物柱状样中放射性同位素活度
4.4 水动力状况与重金属及210Pb放射性活度分布的关系
4.5 本章小结
第五章 时间尺度模型与渤海水交换
5.1 水动力学模型的长期验证
5.2 年龄模型
5.2.1 年龄理论
5.2.2 物质输运模型——欧拉方法
5.2.3 边界条件
5.3 渤海水体年龄
5.4 渤海水交换及半交换时间
5.5 本章小结
第六章 波流耦合模型及渤海风暴潮特性
6.1 风浪模型
6.1.1 波作用量守恒方程
6.1.2 波浪引起的动量通量
6.2 波流耦合模型
6.2.1 模型的耦合
6.2.2 模型设置
6.3 风场和模型的验证
6.3.1 NCEPCFSR风场数据修正及验证
6.3.2 潮流模型验证
6.3.3 波浪模型验证
6.3.4 波流耦合(风暴潮)模型验证
6.4 渤海风暴潮增水的影响因素
6.4.1 波浪对增水的影响
6.4.2 波浪对流动的影响及渤海风暴潮的成因
6.4.3 潮汐对增水的影响
6.5 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
附录
A.1 连续性方程
A.2 运动方程
发表论文和参加科研情况说明
致谢
本文编号：3748169
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
abstract
符号字母表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 研究综述
1.2.1 水动力学模型
1.2.2 动边界处理及地下水地表水耦合
1.2.3 海洋重金属污染和海底沉积状况
1.2.4 海湾及河口水交换研究
1.2.5 波浪模型
1.2.6 风暴潮的数值模拟
1.3 本文主要工作
第二章 水动力学模型及其基本验证
2.1 控制方程
2.1.1 方程的推导
2.1.2 边界条件
2.2 数值格式
2.3 模型基本验证
2.3.1 稳态地下水
2.3.2 直立面孔隙介质中的地下水波的传播
2.3.3 缓坡海岸上的验证
2.3.4 受潮汐影响的封闭瀉湖
2.3.5 波浪在透水防波堤中的透射与反射
2.4 本章小结
第三章 研究区域与观测数据
3.1 渤海及渤海湾概况
3.2 渤海湾海洋调查
3.3 数据测量和样品处理
3.3.1 流速和水位观测
3.3.2 底泥的采集与测试
3.4 本章小结
第四章 渤海湾重金属分布特征及水动力机制
4.1 渤海湾底泥中重金属分布
4.2 渤海湾环流与重金属输运
4.2.1 环流和水动力条件
4.2.2 物质输运模型——随机游动粒子跟踪模型
4.2.3 重金属的输运路径
4.3 渤海湾海底沉积状况
4.3.1 7Be和210Pb沉积物测年
4.3.2 沉积物柱状样中放射性同位素活度
4.4 水动力状况与重金属及210Pb放射性活度分布的关系
4.5 本章小结
第五章 时间尺度模型与渤海水交换
5.1 水动力学模型的长期验证
5.2 年龄模型
5.2.1 年龄理论
5.2.2 物质输运模型——欧拉方法
5.2.3 边界条件
5.3 渤海水体年龄
5.4 渤海水交换及半交换时间
5.5 本章小结
第六章 波流耦合模型及渤海风暴潮特性
6.1 风浪模型
6.1.1 波作用量守恒方程
6.1.2 波浪引起的动量通量
6.2 波流耦合模型
6.2.1 模型的耦合
6.2.2 模型设置
6.3 风场和模型的验证
6.3.1 NCEPCFSR风场数据修正及验证
6.3.2 潮流模型验证
6.3.3 波浪模型验证
6.3.4 波流耦合(风暴潮)模型验证
6.4 渤海风暴潮增水的影响因素
6.4.1 波浪对增水的影响
6.4.2 波浪对流动的影响及渤海风暴潮的成因
6.4.3 潮汐对增水的影响
6.5 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
附录
A.1 连续性方程
A.2 运动方程
发表论文和参加科研情况说明
致谢
本文编号：3748169
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