【摘要】：近海、河口及湖泊水環(huán)境的日益惡化,引起越來越多學者的關(guān)注。近岸及河口區(qū)處在陸海交匯地帶,徑流與潮流的共同作用使得近海、河口水動力條件復雜。該區(qū)域往往是城鎮(zhèn)集中、人口密集、工業(yè)發(fā)達、經(jīng)濟發(fā)展迅速之地,這里人類活動密集頻繁、污染物的大量排放及人類活動影響,從而致使該區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱。淺水湖泊是地球水循環(huán)系統(tǒng)的重要組成部分之一,湖水循環(huán)結(jié)構(gòu)的演變過程受風、地形、水生植物和人類活動等多種因素的影響,自然環(huán)境和人類活動的綜合作用使得湖泊水流結(jié)構(gòu)發(fā)生著重大變化。因此,近岸、河口及湖泊的二維水流運動的研究具有重要的意義。依托Navier-Stokes方程,結(jié)合淺水水流的特點將其簡化為平面二維淺水方程,本文建立了顯格式的平面二維淺水數(shù)學模型,模型以非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格為基礎,采用有限體積法對方程進行離散。通過具有復雜邊界的大連灣海域的水動力模擬對模型進行驗證,發(fā)現(xiàn)模擬的潮位、流速結(jié)果和實測值較吻合,并對大連灣附近漲落潮流場進行了詳細分析,發(fā)現(xiàn)在大三山島和小三山島周圍的潮流是旋轉(zhuǎn)型,其余基本呈往復流,灣口有回流。結(jié)果表明:該模型能夠較準確地反映模擬區(qū)段內(nèi)大連灣地區(qū)的水動力環(huán)境變化,可以用于模擬和分析近岸海域的動力情況。以太湖為研究對象,基于平面二維淺水方程,建立植被作用下湖泊深度平均二維淺水顯格式數(shù)學模型,模擬研究了盛行風場下的太湖水動力特性。結(jié)果表明,風是形成太湖環(huán)流的重要因素,風速大小及風向?qū)髁魉俚拇笮〖傲鲌鼋Y(jié)構(gòu)有很大影響。當風速增大時,水體流速也增大,風速減小時,水體流速也相應減小。在風速相同、風向相反的情況下,湖流具有流型相似、流向相反的特點。太湖在不同風向下形成不同的環(huán)流系統(tǒng),模擬的湖流流場結(jié)構(gòu)與前人模擬結(jié)果相同。此外,利用多源遙感數(shù)據(jù)(Landsat8)開展了太湖水生植被遙感信息提取工作,提取了沉水植被、浮葉植被和挺水植被三種湖泊植被信息。在太湖風生流數(shù)值模擬的基礎之上研究了風生流-植被共同作用下,太湖有無植被分布對太湖湖流流速的影響。結(jié)果表明,太湖中有植被分布的區(qū)域,有植被分布時,其湖流流速明顯小于無植被分布時湖流流速;太湖湖流流速與植被的參數(shù)呈現(xiàn)負相關(guān)的關(guān)系。基于丹麥Mike21模型系統(tǒng),利用收集到的河道水文資料,結(jié)合現(xiàn)場實測水位和鹽度數(shù)據(jù),建立遼河口感潮河段水動力-鹽度耦合模型。利用該模型模擬遼河口紅海灘濕地水位變化、潮流變化及鹽度變化過程,并給出了流場的分布及特性。結(jié)果顯示,MIKE 21水動力-鹽度數(shù)學模型能較準確地模擬該區(qū)域水位過程、潮流過程及鹽度的分布,模擬所出現(xiàn)的誤差在可允許范圍之內(nèi),其結(jié)果可用于流場特征分析,同時也驗證了所建Mike21水鹽耦合模型的合理性。基于Landsat TM衛(wèi)星的遙感技術(shù),提取出紅海灘濕地翅堿蓬、蘆葦兩種植被的分布情況。植被的作用力采用底層摩擦項中Manning系數(shù)的變化來表示。根據(jù)植被區(qū)水深及鹽度實測資料對模型進行率定,模擬結(jié)果與實測資料相吻合。風應力也是影響濕地水深的重要因素之一,在風的作用下,濕地水深明顯增大。模擬結(jié)果表明,由于濕地植被的存在,消耗了流經(jīng)植被水流的能量,增加了水流的阻力,導致植被區(qū)內(nèi)水流方向改變,流速明顯降低。對不同植被密度和不同植被拖曳力系數(shù)下的紅海灘濕地水流進行模擬,結(jié)果發(fā)現(xiàn),無論是在翅堿蓬還是蘆葦生長的區(qū)域,當植被的拖曳力系數(shù)一定時,隨著植被密度的增加,水流流速在減小;當兩種植被的密度一定時,植被拖曳力系數(shù)的增加導致植被區(qū)水流流速的減小,植被區(qū)水流流速的大小和植被密度及植被拖曳力系數(shù)呈現(xiàn)負相關(guān)的關(guān)系。另外,模擬了不同徑流條件下濕地植被區(qū)的鹽度變化特點以及鹽度在相同徑流條件下的縱向變化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當徑流量較小時,遼河口上游淡水對監(jiān)測點鹽度具有較弱的稀釋作用,而在徑流量較大的情況下正好相反。相同徑流條件下,紅海灘濕地水流的鹽度在縱向分布上總體呈從上游往下游不斷增加的趨勢。
【圖文】：

用顯格式時間步長為 0.2s。3.1.3 模擬驗證圖3-2為大連灣和老虎灘潮位站處潮位計算值和實測值的對比圖，從圖3-2中可以看出，所得潮位值與實測值總體趨勢吻合較好。圖 3-3 分別為測點 1、測點 2 流速模擬與實測值的對比圖，由圖可以看出，，兩個測點流速的模擬值與實測值稍有偏差，可能有以下原因：一方面與低潮時潮位有部分偏差有關(guān)，另一方面測量值可能存在誤差。圖 3-4 是大連灣附近漲落潮流場圖，在大三山島和小三山島周圍，潮流是旋轉(zhuǎn)型，其余基本呈往復流型。漲潮流偏東北流入海灣，落潮則偏西南流。通過上述計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在灣口處發(fā)現(xiàn)回流，受岸線影響水流方向發(fā)生很大變化，水位變化明顯�？傮w而言，本文采用的二維模型能準確地模擬水位和流速的分布

Tide Laohutan圖 3-1 計算區(qū)域及網(wǎng)格劃分Fig. 3-1 Mesh and measurement stations at computational area圖 3-2 大連港和老虎灘計算和實測潮位對比Fig.3-2 Comparison of simulation and measurement water surface elevation at selected tidal stat
【學位授予單位】：大連海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X524

【參考文獻】

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本文編號：2623249