20548.渤海灣水交換及泥沙輸運(yùn)特性的數(shù)值模擬研究

1、渤海灣水交換及泥沙渤海灣水交換及泥沙輸運(yùn)輸運(yùn)特性特性的數(shù)值模擬數(shù)值模擬研究研究NumericalStudyonacteristicsofWaterExchangeSedimentTransptinBohaiBay學(xué)科專業(yè)：流體力學(xué)研究生：王道生指導(dǎo)教師：袁德奎研究員天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一三年十二月中文摘要中文摘要頻繁的人類活動(dòng)導(dǎo)致海岸帶生境退化和生態(tài)功能喪失的形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。為了保護(hù)和改善海岸帶生態(tài)環(huán)境，有必要理解污染物在水體中的遷移

2、擴(kuò)散規(guī)律和水體的自凈能力。而深入研究泥沙的運(yùn)動(dòng)特性對(duì)于理解污染物的遷移擴(kuò)散也是至關(guān)重要的，因?yàn)槟嗌常ㄓ绕涫羌?xì)顆粒泥沙）是海洋環(huán)境中眾多污染物的載體。本文首先建立水深積分的二維潮流模型，用解析解、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和渤海的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)校準(zhǔn)和檢驗(yàn)了模型。檢驗(yàn)結(jié)果表明本文建立的潮流模型可以得出可靠的渤海灣的流場(chǎng)。其次，建立了拉格朗日粒子跟蹤模型，模擬了渤海灣水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，以水交換時(shí)間尺度作為指標(biāo)評(píng)價(jià)了渤海灣整體和局部的水交換特性，并結(jié)合余

3、流場(chǎng)的特性分析了水交換特性的內(nèi)在機(jī)理。結(jié)果表明：渤海灣整體的更新時(shí)間在2.41~2.54年左右，水交換能力較弱；水交換能力和當(dāng)?shù)氐挠嗔鲌?chǎng)特性有明顯的相關(guān)性。此外，研究還表明：在將返回系數(shù)應(yīng)用于水交換能力較弱的大型海灣時(shí)，存在著一對(duì)多的情況，不能單獨(dú)通過(guò)返回系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)各處水體對(duì)整個(gè)區(qū)域水交換的貢獻(xiàn)，需結(jié)合駐留時(shí)間和曝光時(shí)間進(jìn)行分析。然后，基于SWAN模型建立了渤海的波浪模型并進(jìn)行了校準(zhǔn)和驗(yàn)證。以渤海的實(shí)測(cè)風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)對(duì)ECMWF風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)

4、進(jìn)行了檢驗(yàn)和修正，結(jié)果表明修正后的ECMWF風(fēng)場(chǎng)在渤海區(qū)域基本可用。進(jìn)一步，針對(duì)本文的研究區(qū)域，對(duì)波浪模型中的風(fēng)成長(zhǎng)系數(shù)和底摩阻系數(shù)進(jìn)行了校準(zhǔn)。結(jié)果表明：用修正后的ECMWF風(fēng)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)校準(zhǔn)后的SWAN波浪模型，無(wú)論是在不同水深區(qū)域亦或是不同時(shí)間尺度及時(shí)間范圍上，模擬結(jié)果都與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)符合較好。最后，建立了波、流共同作用下的渤海灣懸沙輸運(yùn)模型。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)表明模型可以獲得比較滿意的結(jié)果。進(jìn)一步，用該模型模擬和分析了渤海灣懸沙輸運(yùn)的季節(jié)性變化

5、特性。結(jié)果表明：冬季渤海灣的泥沙含量整體較夏季大，其原因在于冬季多大風(fēng)天氣，風(fēng)浪作用對(duì)于泥沙的再懸浮作用較大，冬季與夏季相比底部切應(yīng)力整體較大；冬季大風(fēng)過(guò)境時(shí)，波高較平常顯著增大，泥沙含量增大的水平不如波高明顯，且大風(fēng)過(guò)后波高迅速恢復(fù)到大風(fēng)來(lái)臨之前的水平，而泥沙含量基本維持在大風(fēng)過(guò)境時(shí)的水平；從作用范圍來(lái)看，相對(duì)于潮流，波浪僅在近岸區(qū)域?qū)δ嗌齿斶\(yùn)有顯著影響。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：SWAN波浪模型，波流耦合，ECMWF再分析風(fēng)場(chǎng)，渤海灣，水交換