理想河口鹽度層化的減阻效應(yīng)

發(fā)布時(shí)間：2020-05-04 21:08

【摘要】：本文建立了半閉合式的理想河口模型,基于FVCOM三維水動(dòng)力及鹽度模型模擬水動(dòng)力和鹽度擴(kuò)散過(guò)程,通過(guò)比較考慮鹽度和不考慮鹽度的理想河口獲得了鹽度層化對(duì)河口水動(dòng)力的影響規(guī)律,并分析了潮差和徑流量對(duì)鹽度層化及其減阻效應(yīng)的影響。本文的主要結(jié)論如下。鹽度層化對(duì)水動(dòng)力的影響體現(xiàn)在垂向平均流速、流速剖面、摩阻特征三個(gè)方面。鹽度層化使得水體的平均流速增大,且流速變化有所滯后;在大部分時(shí)刻鹽度層化使得底部流速減小、上層流速增大,在層化比較劇烈的部分測(cè)站的落憩前后,由于鹽水楔的存在,水體出現(xiàn)環(huán)流,而不考慮鹽度層化的算例中無(wú)環(huán)流出現(xiàn);摩阻特征上,鹽度層化使得摩阻流速和粗糙高度減小,體現(xiàn)出減阻的特點(diǎn);有環(huán)流(落憩前后)時(shí),由于底部流速變化劇烈,得出方向相反且數(shù)值很大的摩阻流速。同時(shí),各測(cè)站垂向平均流速滯后的相位、平均流速的增大幅度、在落急時(shí)刻的減阻程度都與當(dāng)?shù)氐膶踊瘏?shù)有明顯的正相關(guān)關(guān)系,層化參數(shù)越大,減阻效應(yīng)越明顯。鹽度層化減阻的機(jī)理可以解釋為,考慮鹽度的垂向紊動(dòng)系數(shù)和紊動(dòng)動(dòng)能遠(yuǎn)小于不考慮鹽度的情況。鹽度層化的減阻效應(yīng)是由于層化有效抑制了紊動(dòng),水流垂向摻混變?nèi)?能量耗散減弱,剪切流發(fā)育,宏觀(guān)上達(dá)到了減阻的效果。就鹽度層化引起減阻的影響因素而言,潮差對(duì)減阻效應(yīng)的影響為:潮差越大,層化的減阻效應(yīng)的強(qiáng)度和范圍越小。徑流量對(duì)減阻效應(yīng)的影響為:徑流量越大,層化的減阻效應(yīng)的強(qiáng)度越大,且減阻的范圍向外海移動(dòng)。
【圖文】：

層化,文獻(xiàn),紊動(dòng)擴(kuò)散,鹽度

環(huán)流參數(shù)和層化參數(shù)的值都應(yīng)是時(shí)間獨(dú)立的，一般取為幾個(gè)潮周期的平均值。圖1-1 層化環(huán)流圖表（引自文獻(xiàn)[43]）層化-環(huán)流圖中還包含了一個(gè)參數(shù) ，這是一個(gè)與鹽度通量有關(guān)的參數(shù)。根據(jù) Hansen 和 Rattray[43]，它與層化參數(shù)、環(huán)流參數(shù)在理論上滿(mǎn)足一定的關(guān)系式( , )p p S C。的大小意味著紊動(dòng)擴(kuò)散（）和對(duì)流擴(kuò)散（1 ）造成鹽水入侵的相對(duì)貢獻(xiàn)值。其取值在 0 到 1 之間，當(dāng) 1時(shí)，表示無(wú)環(huán)流出現(xiàn)，鹽度通量完全是由紊動(dòng)擴(kuò)散帶來(lái)的；當(dāng) 0時(shí)，，該河口的紊動(dòng)擴(kuò)散作用可以忽略不計(jì)，鹽度的上溯完全是由對(duì)流過(guò)程導(dǎo)致的。

網(wǎng)格圖,理想河口,網(wǎng)格圖