【摘要】： 水交換是海灣、近岸海域的重要水動(dòng)力學(xué)特性,是研究海灣、近岸海域環(huán)境容量的基礎(chǔ)。目前,對(duì)水交換問(wèn)題的研究主要有兩類方法:一是在假定研究海域內(nèi)水體充分混合的前提下,根據(jù)水量守恒和指標(biāo)物質(zhì)(通常為鹽分)守恒,利用實(shí)測(cè)到的灣內(nèi)外及灣口指標(biāo)物質(zhì)濃度差,計(jì)算海水交換率、交換時(shí)間,進(jìn)而建立簡(jiǎn)單的水質(zhì)預(yù)測(cè)模型,這類方法適用于小海灣。二是,直接用數(shù)值模擬方法模擬特定海域水體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,得出水交換時(shí)間尺度的分布。 本文針對(duì)大型海灣、近岸海域水交換的特點(diǎn),在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,提出了用關(guān)聯(lián)矩陣研究水交換的方法。關(guān)聯(lián)矩陣的概念是,將研究海域劃分為多個(gè)海區(qū),用關(guān)聯(lián)矩陣中的元素表示一定時(shí)刻某海區(qū)中來(lái)自其它海區(qū)的海水權(quán)重,整個(gè)矩陣描述了研究區(qū)域各海區(qū)間的水體交換關(guān)系。關(guān)聯(lián)矩陣可由數(shù)值模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)而得,是對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果中水體交換特征的提煉和歸納。 利用關(guān)聯(lián)矩陣的矩陣運(yùn)算可以預(yù)測(cè)在初始濃度或源項(xiàng)作用下的水質(zhì)變化。利用矩陣運(yùn)算預(yù)測(cè)水質(zhì)變化是一種簡(jiǎn)單的水質(zhì)預(yù)測(cè)模型,計(jì)算簡(jiǎn)單、速度較快,是對(duì)復(fù)雜數(shù)值模擬方法的一種補(bǔ)充。在進(jìn)行水質(zhì)預(yù)測(cè)的過(guò)程中,由于引入了交換濃度的概念,故放寬了對(duì)“海區(qū)內(nèi)混合充分”假定的要求。 應(yīng)用關(guān)聯(lián)矩陣將駐留時(shí)間概念擴(kuò)展到矩陣形式,用以表示各海區(qū)海水相互影響的時(shí)間尺度。推導(dǎo)出了各時(shí)間尺度與關(guān)聯(lián)矩陣之間的關(guān)系。指出駐留過(guò)程和更新過(guò)程分別是以拉格朗日觀點(diǎn)和歐拉觀點(diǎn)描述水交換特征。 建立了用于模擬海灣、近岸海域水交換的水動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型和對(duì)流擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型,通過(guò)解析解和實(shí)測(cè)資料對(duì)本文所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了檢驗(yàn)和驗(yàn)證。針對(duì)數(shù)值模擬中緩坡淺海海域?qū)掗煶遍g帶上的動(dòng)邊界處理問(wèn)題,提出了一種基于“預(yù)估水深”的新的干濕判斷方法,并應(yīng)用多個(gè)算例對(duì)所提出的干濕判斷方法進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果顯示,本文的干濕判斷方法無(wú)明顯的數(shù)值振蕩產(chǎn)生,且可以較準(zhǔn)確的估計(jì)淺水處水體的蓄留能力。 通過(guò)典型算例,對(duì)所提出的用關(guān)聯(lián)矩陣研究水交換的方法進(jìn)行了檢驗(yàn)。并將其應(yīng)用于渤海、渤海灣和天津近岸海域的水交換研究當(dāng)中。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：P731.26

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李小寶;大型海灣水交換高效計(jì)算方法研究[D];天津大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 荊海曉;河網(wǎng)水動(dòng)力及水質(zhì)模型的研究及應(yīng)用[D];天津大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：2632766