本文關(guān)鍵詞： 潮汐環(huán)流 湍流混合 層化 勢能差異 潮汐應(yīng)變 湍動能耗散率 長江河口北槽 TELEMAC-3D模型　出處：《上海交通大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：為了進一步認識長江河口北槽水體的物理學(xué),本文利用有限元數(shù)學(xué)模型TELEMAC-3D,并結(jié)合相關(guān)物理參數(shù)的計算,分別研究該水域2010年枯季、洪季潮汐環(huán)流與湍流混合。模擬得到的北槽三維水流分布顯示:(i)2010年枯季,小潮 河口環(huán)流‖非常明顯(約0.2~0.6 m·s-1),大潮 河口環(huán)流‖并不明顯;(ii)2010年洪季,因未考慮層化引起的斜壓,并未出現(xiàn) 河口環(huán)流‖;(iii)2010年枯季,考慮斜壓的情況下,北槽中段CSW斷面出現(xiàn)了非常明顯的 橫向環(huán)流(次生環(huán)流)‖;2010年洪季,由于未考慮斜壓,該斷面難以形成橫向環(huán)流;(iv)2010年枯季、洪季,均在壩田區(qū)形成了較為明顯的局部 平面環(huán)流‖。為了探討 潮汐應(yīng)變環(huán)流‖對北槽 河口環(huán)流‖的貢獻,分別計算了北槽3個水文觀測站(上段CS1,中段CSW,下段CS8)2010年枯季大潮至小潮的混合參數(shù)M。結(jié)果顯示:各站大潮的M值均大于1.0,而小潮的則明顯減小至1.0以下。這些可能表明:大潮期間形成了 潮汐應(yīng)變環(huán)流‖,并對 河口環(huán)流‖貢獻較大,而小潮期間 河口環(huán)流‖主要受 重力環(huán)流‖的控制, 潮汐應(yīng)變環(huán)流‖的貢獻相對較小。為了確定2010年枯季北槽水域?qū)踊膹姸?分別計算了大潮、小潮平均的 勢能差異‖分布。結(jié)果顯示:其變化范圍分別約為0~30 J·m-3和0~90 J·m-3,且較大的 勢能差異‖基本位于主航槽。這些表明:小潮期間的層化明顯更強,其最大的層化強度大約是大潮的3倍,主航槽的層化強于壩田區(qū),而北槽中段往往具有更強的層化。為了了解2010年枯季各物理機制的時空特征,分別計算了北槽下段落急時刻 潮汐應(yīng)變‖、 潮汐與風(fēng)共同攪動‖引起的 勢能差異‖變化率。結(jié)果顯示: 潮汐應(yīng)變‖、 潮汐與風(fēng)共同攪動‖引起的 勢能差異‖變化率的范圍分別約為42 0~1 0 0 1 0???W·m-3、40~100 10??W·m-3,且從大潮至小潮, 潮汐應(yīng)變‖總體增強而 潮汐與風(fēng)共同攪動‖總體減弱�？臻g上,主航槽丁壩附近的 潮汐應(yīng)變‖明顯強于壩田區(qū), 潮汐與風(fēng)共同攪動‖的強度在壩田區(qū)內(nèi)、外也存在差異,導(dǎo)堤和丁壩的影響明顯。為了探討2010年枯季北槽3個水文觀測站(上段CS1,中段CSW,下段CS8)混合與層化的特征和物理機制,分別計算了各站 勢能差異‖、 潮汐應(yīng)變‖及 潮汐與風(fēng)共同攪動‖引起的 勢能差異‖變化率、總的 勢能差異‖變化率、Si數(shù)等的時間序列。結(jié)果顯示:北槽上段CS1站,大潮至中潮的Si數(shù)在0.3~0.8之間,小潮的Si數(shù)在0.6~0.9之間,屬 應(yīng)變致周期性層化(SIPS)‖。北槽中段CSW站,大潮至中潮的Si數(shù)在0.2~0.8之間,屬SIPS。小潮的Si數(shù)在1.1~1.7之間,屬持續(xù)性層化。北槽下段CS8站,大潮至中潮的Si數(shù)在0.15~0.4之間,屬SIPS。小潮的Si數(shù)在0.9~1.5之間,屬持續(xù)性層化。從大潮至小潮,CSW、CS8站的 勢能差異‖逐漸增大,而CS1站 勢能差異‖卻是逐漸減小。為了了解2010年枯季北槽3個水文觀測站(上段CS1,中段CSW,下段CS8)混合與層化的特征及 潮汐應(yīng)變‖對湍流的影響,繪制了各站數(shù)學(xué)模擬得到的湍動能耗散率、計算得到的相應(yīng)梯度Ri數(shù)時間序列圖。結(jié)果顯示:各站湍動能耗散率的量級范圍大潮約10-10~10-3 W·kg-1,小潮約10-10~10-5 W·kg-1,其梯度Ri數(shù)的量級范圍在混合較好的表、底層約10-4~10-1,而在層化較好的中間水層約10-2~101。各站湍動能耗散率分布均有明顯的M4周期性特征和漲、落潮不對稱分布,且表層和底層分別由于風(fēng)應(yīng)力和底摩擦作用而具有較強的耗散,中間水層穩(wěn)定層化區(qū)的耗散則顯著減小。 潮汐應(yīng)變‖是造成各站湍動能耗散率在漲、落潮周期內(nèi)不對稱分布的重要因素。
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【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TV143

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 周濟福,劉青泉,李家春;河口混合過程的研究[J];中國科學(xué)(A輯);1999年09期

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本文編號：1518604