近岸區(qū)波流耦合下三維水流模型及在懸浮物質(zhì)運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用.pdf

1、從全球范圍看，海岸及河口區(qū)域人口密集，人類的各種活動(dòng)頻繁，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要區(qū)域。在自然條件上它處于陸海交界地區(qū)，各種水動(dòng)力要素關(guān)系復(fù)雜，并且由于人們對(duì)近岸海洋資源的開發(fā)和利用，使得近岸區(qū)的環(huán)境變得脆弱。近年來人們愈加關(guān)心近岸區(qū)的環(huán)境問題，如泥沙、鹽度、污染物的擴(kuò)散等。這些環(huán)境問題都和近岸區(qū)的水動(dòng)力條件息息相關(guān)，所以我們需要對(duì)近岸區(qū)的水動(dòng)力環(huán)境做出正確的計(jì)算和預(yù)測(cè)。由于實(shí)際觀測(cè)在時(shí)間空間都存在局限性，人們開發(fā)出了各種水動(dòng)力數(shù)值模型，使用計(jì)

2、算機(jī)進(jìn)行相關(guān)分析和計(jì)算，并且隨著基礎(chǔ)理論的完善和計(jì)算機(jī)性能的提高，使用數(shù)值模型模擬近岸區(qū)的水動(dòng)力場(chǎng)越來越受工程部門的重視。 本文使用水動(dòng)力-生態(tài)耦合模型COHERENS以及第三代波浪產(chǎn)生模式SWAN模擬了近岸區(qū)波流耦合下的三維水流。首先，按照Zhang推導(dǎo)的輻射應(yīng)力垂向分布公式，編寫FORTRAN程序模塊引入COHERENS，完善其水動(dòng)力模塊。其次，使用完善了的COHERENS建立榮喜海域酌水流模型，模擬本海域在波流耦合作用下的

3、三維水流，其邊界條件使用逐步嵌套得來，區(qū)域里面的各波浪要素調(diào)用SWAN計(jì)算。使用觀測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證引入輻射應(yīng)力垂向分布的COHERENS的正確性。最后使用本模型模擬了大宇船廠海域的泥沙以及董家口的污染物擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。通過上述研究，可以得到以下的結(jié)論： 1.在研究近岸流場(chǎng)以及懸浮物質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)該考慮波流耦合作用，波流耦合作用下流場(chǎng)產(chǎn)生較大變化，尤其在潮流高、底潮時(shí)刻，波生沿岸流十分的明顯?？紤]波流耦合作用時(shí)，近岸懸浮物質(zhì)的擴(kuò)散更加劇烈，并

4、且離岸傳播率也會(huì)加大。 2.當(dāng)?shù)亟端顚?duì)波流耦合效果影響較大。當(dāng)?shù)厮钶^小時(shí)，波浪在淺水效應(yīng)等的作用下變形較大，波浪產(chǎn)生的輻射應(yīng)力梯度較大，波流耦合作用明顯，產(chǎn)生較強(qiáng)的波生沿岸流，流場(chǎng)變化較大。當(dāng)水深較大時(shí)，波浪受近岸地形等的影響較小，產(chǎn)生的輻射應(yīng)力梯度較大，波流耦合作用不明顯，流場(chǎng)變化較小 3.在使用輻射應(yīng)力計(jì)算波生流時(shí)，本文發(fā)現(xiàn)在在深水區(qū)，輻射應(yīng)力隨波浪周期、波高變化；水深減小到有限水深后，輻射應(yīng)力不再隨波浪的周期