河口鹽水入侵的數(shù)值模擬研究.pdf

1、由于河口鹽水入侵災(zāi)害的日益突出，該問題的研究受到了人們的關(guān)注。通過建立水流、鹽度數(shù)學(xué)模型，進行河口鹽度輸移的數(shù)值模擬，對河口鹽度的分布特征以及其受河口各種水動力因素的影響進行探討分析，將有利于河口鹽水入侵的防治。 本文跟蹤了國內(nèi)外河口鹽水入侵問題研究的最新動向，采用數(shù)值模擬方法對河口鹽水入侵展開了系列研究，內(nèi)容涉及一維、一、二維聯(lián)解及三維的水流、鹽度數(shù)值模擬、模型建立和運行中一些關(guān)鍵問題的處理、徑流量、潮差、波浪和風(fēng)對河口鹽水入

2、侵的影響分析、以及珠江河口伶仃洋的鹽水入侵模擬。論文采用多套實測資料對建立的模型進行了驗證，合理地再現(xiàn)與分析了河口區(qū)的鹽水入侵現(xiàn)象。論文的主要內(nèi)容可以歸納為以下幾個方面： 1．系統(tǒng)歸納與評述了河口鹽水入侵的危害、復(fù)雜性及各種影響因素，總結(jié)了鹽水入侵的主要研究方法和國內(nèi)外鹽水入侵問題的研究現(xiàn)狀。 2．針對網(wǎng)河區(qū)水系復(fù)雜交錯、河口區(qū)較寬廣的不同特點以及實際工程研究的不同需要，分別建立了一維和一、二維聯(lián)解水流、鹽度模型。結(jié)合具

3、體的工程實例，進行了模型的驗證及工程方案對鹽水入侵影響的評價。此外，還對鹽水入侵強度與徑流量、潮差的相關(guān)關(guān)系進行了探討。 3．推導(dǎo)了水平正交曲線變換和垂向σ變換后的三維非線性斜壓流場、鹽度場數(shù)學(xué)模式，給出了離散求解過程，對一些模型參數(shù)和邊界條件作了處理，并首次將波浪和風(fēng)因素納入河口鹽度數(shù)值模擬系統(tǒng)。并且，對常用的干濕判別動邊界處理法進行了改進，通過計算水域邊界鄰近網(wǎng)格邊長的系數(shù)修正，更準(zhǔn)確地定義了計算區(qū)域，反映出了水域邊界移動的

4、連續(xù)性。利用彎曲分汊河段--洲頭嘴的實測資料，進行了三維水流計算和動邊界處理的驗證。 4．建立了理想河口徑流、潮流、溫度、波浪和風(fēng)綜合影響下的三維水流、鹽度數(shù)學(xué)模型，通過對相同邊界、初始條件下，有浪和無浪、有風(fēng)和無風(fēng)情況下的河口鹽水入侵進行模擬、對比分析，探討了波浪和風(fēng)對理想河口鹽水入侵的影響。 5．建立伶仃洋多因素綜合作用下三維水流、鹽度數(shù)學(xué)模型，利用大量實測數(shù)據(jù)對模型進行了較全面的驗證，并對伶仃洋的三維鹽度分布特征以

5、及波浪和風(fēng)對其鹽度輸移的影響進行了研究。此外，探討了鹽度初始場與循環(huán)計算的問題。 論文的創(chuàng)新性體現(xiàn)在以上2～5聽述的內(nèi)容當(dāng)中，通過本文的研究，可以得到以下有價值的結(jié)論： 1．從本文中各個實例的計算結(jié)果可以看出，文中所建立的模型能正確反映出工程方案對鹽水入侵的影響及河口鹽度三維空間分布特征，采用一維、一、二維聯(lián)解及三維水流、鹽度數(shù)值模擬方法研究河口上游三角洲及河口區(qū)的鹽水入侵問題是確實可行的。此外，動邊界處理方法的改進、以

6、及鹽度初始場與循環(huán)計算問題的討論，對于提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確度和效率也是非常有利的。 2．徑流和潮流是鹽水入侵的兩個主要影響因素。鹽水入侵距離和各個橫斷面含鹽度均隨著上游徑流量的增加而減小，近似于線性變化關(guān)系。鹽水入侵距離和各橫斷面含鹽度均隨著下游潮差的增加(漲潮量增大)而增加，其中鹽水入侵距離與潮差呈線性變化關(guān)系，而橫斷面含鹽度與潮差之間的變化近似于單調(diào)遞增的曲線關(guān)系。 3．理想河口和珠江河口伶仃洋的計算充分表明了波浪對河

7、口鹽度輸移的影響。在本文所加波浪場作用下，河口鹽水入侵前沿鋒向河口上移，鹽度等值線增加，總體而言，波浪越大時其對鹽度輸移的影響也越大，并且考慮波浪后表層鹽度的變化大于底層鹽度的變化。此外，也說明了波浪對鹽度輸移有兩方面的影響：一是改變了水流流動，間接影響鹽水入侵；二是直接地影響鹽度的紊動擴散過程。 4．風(fēng)對河口區(qū)鹽水入侵也存在一定的影響。在與漲潮流同向的風(fēng)場作用下，受表面應(yīng)力作用，河口區(qū)整體(表層至底層)鹽度均有所增加，但由于實

8、際河口情況復(fù)雜、風(fēng)的存在同時會影響到深槽與淺灘的分流，因而，局部可能出現(xiàn)不一致的情況。較寬闊的外海區(qū)，其表層鹽度增加，底層由于垂向風(fēng)生環(huán)流的作用，也會出現(xiàn)鹽度減小的情況。 總之，從網(wǎng)河區(qū)一維、網(wǎng)河區(qū)和河口區(qū)一、二維聯(lián)解到河口三維水流、鹽度數(shù)學(xué)模型，從建模前期資料的整理到模型的求解、參數(shù)的確定及具體實例的計算、模型的驗證，從徑流、潮差到波浪和風(fēng)各因素對河口鹽水入侵影響的分析，本文的工作涉及到河口鹽水入侵數(shù)值模擬研究的諸多方面。本文