基于流量函數(shù)的海水交換數(shù)值模擬研究.pdf

1、海洋對人類的生活和發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。近年來，由于陸地資源匱乏以及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對海洋的開發(fā)活動逐漸增多，這就不可避免地對海洋環(huán)境造成一定的影響。水體交換能力和水體自凈能力是決定水環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)，是海洋環(huán)境科學(xué)研究中的基本問題。研究海灣的水體交換能力和水體自凈能力對于研究和評價海灣水環(huán)境質(zhì)量有著重要意義。
　　水體交換能力只與水體的流動性有關(guān)，目前有關(guān)水交換的研究大多是通過指示物質(zhì)濃度來計算水體交換率以及交換時間，其

2、結(jié)果不能準(zhǔn)確地體現(xiàn)海水交換能力。本文以簡化的T形區(qū)域?yàn)槔?，提出一種基于流量函數(shù)的水體交換計算方法，而該流量函數(shù)是與流函數(shù)類比得出的。由于流函數(shù)通常只用于二維平面流動，故須先將三維連續(xù)方程沿水深方向積分得到水深平均的二維淺水方程，即將三維問題轉(zhuǎn)化為二維問題;然后對二維淺水方程進(jìn)行積分并類比流函數(shù)引入流量函數(shù);之后通過建立雙開口和單開口水動力模型得出流速、水深等數(shù)據(jù);最后根據(jù)模擬得出的數(shù)據(jù)計算流量值，作出流量函數(shù)對應(yīng)的流線分布圖。從流線分布

3、圖中可以清晰地看出模擬區(qū)域內(nèi)一半以上的水體能被交換至域外，并經(jīng)計算得出雙開口模型前、后半周期的海水交換率分別為0.6396和0.6465，單開口模型前半周期的海水交換率為0.7847。結(jié)果表明:采用這種基于流量函數(shù)的數(shù)值模擬方法來評價某區(qū)域的水體交換能力是簡單而可行的，通過流線分布圖能夠直觀的反映出區(qū)域水體的水交換能力，這將為今后水交換的研究和海灣綜合整治提供一定的參考。
　　水體自凈能力除了與水體的流動性有關(guān)，還與物質(zhì)的擴(kuò)散有關(guān)