基于改进太阳辐射热通量计算方法构建湖泊三维水温模型

发布时间：2022-07-09 18:34

　　湖泊是内陆地区重要的淡水储备源,然而随着全球气候变化和人类社会经济活动加剧,使得湖泊水环境面临严重威胁。水温是湖泊水环境中最重要的影响因素之一,是水体各种理化生现象和动力过程的基础。影响湖泊水温的因素众多,主要有:太阳辐射、气温、相对湿度、云量和风速等,其中,太阳辐射作为湖泊水体的主要热源,水温很大程度由太阳辐射所决定。目前大多数湖泊水温模型中有关太阳辐射热通量的计算方法忽视了不同深度的水体对太阳辐射衰减程度不同,采用统一光衰减系数,并将所有湖泊的水面吸收率视为定值,有的甚至直接忽略了水面吸收率。针对传统太阳辐射热通量计算方法的不足,本文从水面吸收率和光衰减系数两个方面出发,采用两个不同的衰减系数来分层量化表层衰减和深层衰减,并指出由于湖泊中物质浓度的不同,对太阳光的吸收系数不同,从而导致水面吸收率并非所有湖泊均为同一常数,建立了改进的太阳辐射热通量计算模型。本文首先对湖泊的水热交换机理研究进行了研究,并通过相关关系分析,甄别出影响东湖水温变化的主要气象因子。然后利用C#语言开发了相关程序,采用算子分裂法分步离散控制方程。以东湖为研究对象,简述了东湖水温分布概况,将改进的太阳辐射热通量... 

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 水温模型研究现状
        1.2.1 经验法
        1.2.2 数学模型法
    1.3 太阳辐射热通量计算
    1.4 本文主要研究内容
2 湖泊水热交换机理研究
    2.1 湖泊自然水温分布特性
        2.1.1 湖泊水温时空分布
        2.1.2 水温分层及其影响因素
    2.2 气象要素时空变化规律及其与水温关系的研究
    2.3 湖泊表面热通量
        2.3.1 辐射热通量
        2.3.2 蒸发热通量
        2.3.3 对流热通量
    2.4 本章小结
3 改进的太阳辐射热通量计算方法
    3.1 太阳辐射热通量计算方法
    3.2 湖泊水体固有光学特性
        3.2.1 纯水的光学特性
        3.2.2 CDOM的光学特性
        3.2.3 非色素颗粒物的光学特性
        3.2.4 浮游植物的光学特性
    3.3 光衰减系数的参数化
        3.3.1 光衰减系数的计算式
        3.3.2 光衰减系数与透明度的关系
    3.4 基于双衰减系数的太阳辐射热通量计算方法
    3.5 本章小结
4 湖泊三维水温模型
    4.1 水温控制方程
        4.1.1 笛卡尔坐标系下的控制方程
        4.1.2 准拉格朗日坐标系
        4.1.3 σ坐标系
        4.1.4 垂向σ坐标系下的控制方程
    4.2 边界条件
    4.3 控制方程的数值求解
    4.4 本章小结
5 湖泊三维水温模型的应用
    5.1 研究区概况
    5.2 参数影响分析
    5.3 计算参数
    5.4 模拟结果与分析
        5.4.1 水平水温分布
        5.4.2 垂向水温分布
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]陆面水体与大气之间的热传输研究[J]. 孙菽芬,颜金凤,夏南,李倩.  中国科学（G辑:物理学 力学 天文学）. 2008(06)
[2]大型水库水温分层数值模拟[J]. 任华堂,陈永灿,刘昭伟.  水动力学研究与进展A辑. 2007(06)
[3]深水湖泊水库水温数值计算模型研究[J]. 任华堂,陈永灿,刘昭伟,申满斌,朱德军.  水力发电学报. 2007(03)
[4]水库水温研究方法述评[J]. 张仙娥,周孝德,臧林.  水资源与水工程学报. 2006(03)
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[6]大气辐射导论（第2版）[J]. 郭彩丽.  大气科学. 2005(03)
[7]一二维耦合温度模型在三峡水库水温中的应用研究[J]. 熊伟,李克锋,邓云,李嘉.  四川大学学报(工程科学版). 2005(02)
[8]紫坪铺水库水温预测研究[J]. 邓云,李嘉,李克锋,赵文谦.  水利水电技术. 2003(09)
[9]河道立面二维非恒定水温及污染物分布预报模型[J]. 江春波,张庆海,高忠信.  水利学报. 2000(09)
[10]南黄海浮游植物与水色透明度之间相关关系的研究[J]. 李宝华,傅克忖.  黄渤海海洋. 1999(03)

博士论文
[1]湖泊三维水动力水质模型研究与应用[D]. 田勇.华中科技大学 2012
[2]大型深水库的水温预测研究[D]. 邓云.四川大学 2003



本文编号：3657613