基于FVCOM的浪、流、泥沙模型耦合及應(yīng)用.pdf

1、對(duì)近岸的一些基本海洋現(xiàn)象如潮汐、環(huán)流、風(fēng)暴潮、海浪以及由此衍生的泥沙輸運(yùn)和海底地形變化的研究對(duì)海洋工程,環(huán)境保護(hù)等諸方面都有重要的意義。很多研究表明,這些現(xiàn)象不是孤立存在的,而是存在著較強(qiáng)的非線性作用,因此將它們作為一個(gè)整體來進(jìn)行研究變得非常有必要。模型研究是當(dāng)今物理海洋研究的一個(gè)非常重要的手段,目前耦合模型的情況是二維的多,三維的少;單向耦合的多,雙向耦合的少;結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的多,無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的少。由于近岸復(fù)雜的岸線和地形,選取一套能夠很好的

2、擬合岸線的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的模型來進(jìn)行耦合研究就顯得相當(dāng)重要了。本文基于有限體積方法三角網(wǎng)格的水動(dòng)力模型FVCOM、海浪模型FVCOM-SWAVE、泥沙模型FVCOM-SED,充分總結(jié)了當(dāng)今先進(jìn)的耦合技術(shù),引進(jìn)了三維輻射應(yīng)力,與浪、流、泥沙皆有關(guān)的底邊界模型,海表面應(yīng)力模型,地形反饋等機(jī)制,建立了一套浪-流-泥沙耦合系統(tǒng)。首先總結(jié)了浪流耦合的研究歷史和現(xiàn)狀,包括理論研究和模型研究。然后通過兩個(gè)理想實(shí)驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證,包括個(gè)有角度海岸入射波和一

3、個(gè)矩形海灣,第一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕谟诳疾燧椛鋺?yīng)力對(duì)水動(dòng)力模型的影響,第二個(gè)實(shí)驗(yàn)主要是考察相互作用模型,驗(yàn)證其中的主要耦合機(jī)制,并淺談浪流泥沙共同作用下的海灣動(dòng)力系統(tǒng)。在確?；緳C(jī)制和程序編程無誤之后,通過長江口杭州灣海域一次風(fēng)暴潮過程,考察了浪、流、泥沙之間的相互作用并對(duì)模型的結(jié)果進(jìn)行了解釋,說明浪對(duì)流,流對(duì)浪,浪對(duì)泥沙懸浮以及浪沙對(duì)風(fēng)暴潮水位的影響。由于風(fēng)暴潮下的觀察資料缺乏,繼這次實(shí)驗(yàn),結(jié)合渤海石油平臺(tái)的風(fēng)浪流同步觀測資料,模擬了冬季

4、一次大風(fēng)過程,一是考察浪流之間的相互作用,二是通過實(shí)測資料來對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。矩形海灣的試驗(yàn)中,得出主要結(jié)論是在地形變化顯著的海區(qū),考慮地形反饋以后流場有了顯著的改變。在長江口-杭州灣的模擬中,指出在某些區(qū)域波浪對(duì)泥沙濃度影響比單純考慮流高達(dá)一個(gè)量級(jí),輻射應(yīng)力對(duì)風(fēng)暴潮水位起促進(jìn)作用,浪流相互作用的底邊界層的引入也起了促進(jìn)作用,風(fēng)暴潮計(jì)算應(yīng)該同時(shí)考慮浪、流、泥沙之間的相互作用。在渤海的實(shí)驗(yàn)中,通過對(duì)BZ26平臺(tái)的對(duì)比,水位模擬耦合以后與觀測