近岸區(qū)波流耦合下三維水流模型及在懸浮物質運動中的應用.pdf

1、從全球范圍看，海岸及河口區(qū)域人口密集，人類的各種活動頻繁，是經濟發(fā)展的重要區(qū)域。在自然條件上它處于陸海交界地區(qū)，各種水動力要素關系復雜，并且由于人們對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。近年來人們愈加關心近岸區(qū)的環(huán)境問題，如泥沙、鹽度、污染物的擴散等。這些環(huán)境問題都和近岸區(qū)的水動力條件息息相關，所以我們需要對近岸區(qū)的水動力環(huán)境做出正確的計算和預測。由于實際觀測在時間空間都存在局限性，人們開發(fā)出了各種水動力數值模型，使用計

2、算機進行相關分析和計算，并且隨著基礎理論的完善和計算機性能的提高，使用數值模型模擬近岸區(qū)的水動力場越來越受工程部門的重視。 本文使用水動力-生態(tài)耦合模型COHERENS以及第三代波浪產生模式SWAN模擬了近岸區(qū)波流耦合下的三維水流。首先，按照Zhang推導的輻射應力垂向分布公式，編寫FORTRAN程序模塊引入COHERENS，完善其水動力模塊。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用SWAN計算。使用觀測站點數據驗證引入輻射應力垂向分布的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散運動。通過上述研究，可以得到以下的結論： 1.在研究近岸流場以及懸浮物質運動時應該考慮波流耦合作用，波流耦合作用下流場產生較大變化，尤其在潮流高、底潮時刻，波生沿岸流十分的明顯。考慮波流耦合作用時，近岸懸浮物質的擴散更加劇烈，并

4、且離岸傳播率也會加大。 2.當地近岸水深對波流耦合效果影響較大。當地水深較小時，波浪在淺水效應等的作用下變形較大，波浪產生的輻射應力梯度較大，波流耦合作用明顯，產生較強的波生沿岸流，流場變化較大。當水深較大時，波浪受近岸地形等的影響較小，產生的輻射應力梯度較大，波流耦合作用不明顯，流場變化較小 3.在使用輻射應力計算波生流時，本文發(fā)現在在深水區(qū)，輻射應力隨波浪周期、波高變化；水深減小到有限水深后，輻射應力不再隨波浪的周期