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典型海灣潮流作用下泥沙輸運(yùn)研究

王志家，，王志梅，王朋，胡耀輝1222

（1.總裝備部第23基地，江蘇 江陰214400；2.海軍北海艦隊(duì)

海洋水文氣象中心，山東 青島266001）

摘 要：本文以興化灣作為研究對(duì)象，利用三維數(shù)值模型ECOMSED進(jìn)行潮流和泥沙輸運(yùn)數(shù)值模擬，通過(guò)模型的建立、驗(yàn)證，最后對(duì)興化灣圍填海工程前后的潮流和泥沙輸運(yùn)進(jìn)行預(yù)報(bào)，并對(duì)比自然條件下的現(xiàn)象規(guī)律，給出典型海灣潮流作用下泥沙輸運(yùn)現(xiàn)象。 關(guān)鍵詞： ECOMSED；潮流；泥沙輸運(yùn)；興化灣

0引言

數(shù)值模擬是海岸海洋潮流、泥沙研究的重要技術(shù)方法，通過(guò)此類(lèi)技術(shù)并借助于地理信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)圖形圖像學(xué)以及科學(xué)可視化等理論和技術(shù)實(shí)現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，可以很好地滿足海岸海洋科學(xué)的深入研究。隨著水動(dòng)力學(xué)、泥沙動(dòng)力學(xué)理論以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷完善，潮流、泥沙數(shù)值模擬在理論上和計(jì)算技術(shù)上也不斷發(fā)展。

ECOMSED(Estuarine Coastal Ocean Model Sediment Transport)是一個(gè)模擬水動(dòng)力、波浪和沉積物輸運(yùn)的三維數(shù)值模型，它包含以下幾個(gè)模塊：水動(dòng)力模塊、沉積物輸運(yùn)模塊、風(fēng)浪模塊、熱通量模塊、水質(zhì)模塊和顆粒物追蹤模塊。本次模擬是集合了水動(dòng)力模塊和沉積物輸運(yùn)模塊來(lái)模擬興化灣的泥沙輸運(yùn)。ECOMSED計(jì)算泥沙輸運(yùn)的模塊與水動(dòng)力模塊同時(shí)運(yùn)行。模型中包括的沉積物動(dòng)力學(xué)包括沉積物的再懸浮、粘性和非粘性沉積物的輸運(yùn)和沉積。其所指的粘性沉積物是指粒徑小于75μm的細(xì)沙和顆粒物殘?jiān)�，而非粘性沉積物則指粒徑在75～500μm的較粗顆粒。粒徑大于500μm的粗砂和砂礫一般表現(xiàn)為推移質(zhì)輸運(yùn)，這在模型中并沒(méi)有考慮。

粒徑為k的沉積物輸運(yùn)的三維對(duì)流－擴(kuò)散方程為：

CkDuCkDvCkD(wws,k)CkCCAC(AHDk)(AHDk)(Hk)txyxxyyD

其中Ck為粒徑k的懸浮沉積物濃度。

從懸移質(zhì)輸移擴(kuò)散方程可以看出，其本身不是封閉的，由水動(dòng)力場(chǎng)控制方程求解出流場(chǎng)和水位場(chǎng)，再用懸沙輸移擴(kuò)散方程求解出水體泥沙濃度場(chǎng)。上述三維輸運(yùn)控制方程的邊界條件為：在海表不考慮大氣沉降的顆粒物質(zhì)，海底把泥沙沉降和再懸浮分別視為水體泥沙擴(kuò)散的匯和源，即：

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