【摘要】：近年來,人們越來越多的關(guān)注近海和湖泊的環(huán)境問題。近岸區(qū)、河口區(qū)是人類活動(dòng)密集頻繁區(qū)域,本身動(dòng)力條件復(fù)雜,又處在陸海交匯的敏感地帶,從而導(dǎo)致本區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱。湖泊是最重要的水資源之一,是湖泊流域生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),是國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的重要保障。研究近海及湖泊的三維水流運(yùn)動(dòng)以及物質(zhì)輸運(yùn)具有非常重要的意義。 為了研究多島嶼、地形及流態(tài)復(fù)雜的甌江口海區(qū)的水動(dòng)力過程,本文將EFDC模型應(yīng)用于該海區(qū)潮流場和鹽度場的數(shù)值模擬。對比實(shí)測資料校核了模型參數(shù),把模擬結(jié)果和實(shí)測潮位、流速和鹽度進(jìn)行了比較,吻合較好,并對甌江口海區(qū)的潮流場以及鹽度場進(jìn)行了詳細(xì)分析,發(fā)現(xiàn)近岸和江口及樂清灣大部分區(qū)域往復(fù)流明顯,離岸越遠(yuǎn)旋轉(zhuǎn)流越明顯,河口處鹽度在垂線分布上呈強(qiáng)混合型。結(jié)果表明：該模式成功復(fù)演了甌江口海區(qū)的潮流和鹽度變化過程,可以用于模擬和分析河口及近海海域的動(dòng)力場。 對實(shí)測風(fēng)場和吞吐流作用下的太湖流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,水位模擬結(jié)果與實(shí)測值符合較好,在此基礎(chǔ)上詳細(xì)分析了不同風(fēng)場,地形及吞吐流條件對太湖水動(dòng)力特性的影響。比較各種方案的流場可知,風(fēng)對太湖流場結(jié)構(gòu)起主導(dǎo)作用,風(fēng)場是影響湖流的最敏感的因素；湖底地形的變化對各層風(fēng)生流場有一定的影響；吞吐流對整個(gè)湖泊水流結(jié)構(gòu)影響微弱,對湖泊出入口局部水域水流流態(tài)有一定影響；在靜風(fēng)條件下,湖泊水流主要由吞吐流驅(qū)動(dòng),吞吐流對出入口局部水域水流流態(tài)有較大影響。 利用QuikSCAT/NCEP混合衛(wèi)星風(fēng)場資料作為第三代海浪模型SWAN的輸入風(fēng)場,將數(shù)值模擬結(jié)果與渤海的一個(gè)實(shí)測點(diǎn)的有效波高和波周期進(jìn)行對比,計(jì)算值和實(shí)測值吻合較好。對不同盛行風(fēng)(風(fēng)速為6.5 m/s、8 m/s,風(fēng)向?yàn)镾E、NW)作用下的太湖流場、波浪場進(jìn)行模擬,分析其特征,并與前人的研究成果進(jìn)行比較,驗(yàn)證模擬結(jié)果的可靠性。最后模擬了實(shí)測風(fēng)場作用下的甌江口海區(qū)的波浪場,為下一步模擬波流耦合作用下的泥沙運(yùn)動(dòng)提供波浪數(shù)據(jù)。 根據(jù)甌江口的水動(dòng)力特征,利用三維斜壓水動(dòng)力模型和鹽度擴(kuò)散模型,模擬了甌江河口在不同徑流、風(fēng)向和潮流作用下的鹽水入侵及其鹽度分層情況。模型通過2005年6月的實(shí)測潮位、流速和鹽度變化進(jìn)行了校正,模擬結(jié)果和實(shí)測結(jié)果比較吻合。在此基礎(chǔ)上,對六種不同徑流和風(fēng)速組合條件下的甌江河口鹽度分層進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬發(fā)現(xiàn)在徑流量較小和吹向河口的風(fēng)作用下甌江河口鹽水入侵更加嚴(yán)重,在大徑流作用下河口的鹽度會(huì)出現(xiàn)分層,而且模型結(jié)果也表明在甌江河口風(fēng)不是導(dǎo)致鹽水入侵和鹽度分層最主要的因素。 實(shí)現(xiàn)了EFDC水動(dòng)力模型和SWAN波浪模型的雙向耦合,水動(dòng)力計(jì)算的流場帶入波浪模型來計(jì)算波浪場,之后把波浪場的相關(guān)數(shù)據(jù)(波高、波向和波周期)重新引入到水動(dòng)力模型并重新計(jì)算流場,利用Styles和Glenn的波流模型WCM計(jì)算波流共同作用下的底部切應(yīng)力。將潮流、波浪和泥沙三者耦合在一起,建立了波流作用下的甌江口海區(qū)三維泥沙數(shù)學(xué)模型,模擬了甌江口海區(qū)的泥沙輸移擴(kuò)散。
【圖文】：

切應(yīng)力的淺水區(qū)的分辨率不高，且在給定底邊界和水面邊界條件時(shí)會(huì)遇到很大困難。為克服笛卡兒坐標(biāo)的不足(圖2.1)，把二坐標(biāo)變換引入到淺水流動(dòng)和物質(zhì)輸運(yùn)的三維數(shù)學(xué)模型中(圖2.2)，經(jīng)過坐標(biāo)變換可以使整個(gè)計(jì)算水域具有相同的垂向分層數(shù)，，這樣就提高了淺水區(qū)的垂向分辨率，并且各垂向?qū)拥膫?cè)向岸邊界條件都是一致的，這給數(shù)值計(jì)算帶來很大方便。

垂直方向上采用口坐標(biāo)變換得到。具體的方程和離散及其邊界條件可參見第二章。3.2模型應(yīng)用及其驗(yàn)證歐江口海區(qū)臨近臺灣海峽，島嶼眾多，地形復(fù)雜(圖3.1)，沿海潮波主要受中股潮控制，也受南股潮波的影響。潮波進(jìn)入淺海后，水深、地形不斷變化加上徑流的作用，淺海分潮具有由東向西、由灣口到灣頂漸增的特點(diǎn)，匝江入�？诟浇毕芡夂Ｗ笮某辈ㄏ到y(tǒng)控制，漲落潮大體為沿河口方向，歐江口海區(qū)潮汐屬于正規(guī)半日潮，潮高不等現(xiàn)象較為明顯，潮差大，通常漲潮歷時(shí)小于落潮歷時(shí)[’76]。阮江河口為強(qiáng)潮河口，據(jù)河口水文全潮測驗(yàn)潮位資料統(tǒng)計(jì)計(jì)算，潮汐特征(從1+Hol)/氏2=0.24一 0.28<0.5，屬正規(guī)半日潮類型，一晝夜兩個(gè)潮，且潮高不等現(xiàn)象較為明顯
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：P731.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2606633