基于COHERENS的長江感潮河段三維水流及水質(zhì)數(shù)值模擬.pdf

1、在查閱大量三維水動(dòng)力水質(zhì)數(shù)值模擬文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，評述了天然水流三維數(shù)學(xué)模型的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，選擇了COHERENS三維水流水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，對長江感潮河段的三維水流水質(zhì)進(jìn)行數(shù)值模擬，該模型垂向采用σ坐標(biāo)變換后簡化了海底和自由表面的邊界條件，動(dòng)量方程中水平切應(yīng)力采用Boussinesq假設(shè)，垂向采用靜水壓力假設(shè)。方程求解中，水平方向采用Arakawa“C”網(wǎng)格系統(tǒng)，即矢量、標(biāo)量定義在錯(cuò)位網(wǎng)格上；動(dòng)量方程采用模式分裂技術(shù)進(jìn)行求解，包括采用沿深度

2、積分動(dòng)量方程和連續(xù)方程作為正壓模式(外模式)計(jì)算重力波水位；采用三維動(dòng)量方程作為斜壓模式計(jì)算物理量沿水深方向分布(內(nèi)模式)。外模式采用較小時(shí)間步長，內(nèi)模式采用較大時(shí)間步長；所有水平向?qū)?shù)項(xiàng)采用顯格式計(jì)算，垂直方向采用半隱式格式；對流項(xiàng)采用TVD格式，并采用超級蜜蜂限制函數(shù)。COHERENS模型的水質(zhì)部分主要以氮為限制性元素，水質(zhì)指標(biāo)包括浮游生物的碳、浮游生物的氮、碎屑有機(jī)碳、碎屑有機(jī)氮、氨氮、硝酸鹽、溶解氧、大型浮游動(dòng)物的氮八種。

3、 論文應(yīng)用封閉水池內(nèi)的垂向風(fēng)生環(huán)流的解析解對模型進(jìn)行了數(shù)值檢驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果表明，模型能夠較好的模擬封閉水池內(nèi)的風(fēng)生環(huán)流，并且模型的計(jì)算精度隨垂向分層數(shù)的增加而提高。 其次，對錐形濃度分布在均勻流場中的輸運(yùn)過程利用建立的水質(zhì)模型模擬濃度場的分布，分別采用迎風(fēng)格式、L-W格式、superbee限制函數(shù)的TVD格式和單調(diào)限制函數(shù)的TVD格式四種對流格式進(jìn)行計(jì)算比較，同時(shí)比較這四種格式的優(yōu)缺點(diǎn)，通過濃度場的模擬結(jié)果可以看出，其中以s

4、uperbee限制函數(shù)的TVD格式模擬的結(jié)果最接近真實(shí)值，因此選擇了superbee限制函數(shù)的TVD格式。 將建立的三維水流水質(zhì)模型應(yīng)用于長江常熟河段的擬建排污口附近的水流水質(zhì)預(yù)測，模型利用實(shí)測值對計(jì)算區(qū)域的潮位流速進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算值與實(shí)測值吻合良好，說明了模型在實(shí)際水域應(yīng)用的合理性，并在此基礎(chǔ)上模擬了擬建排污口的污染物氨氮在長江感潮河段的擴(kuò)散，預(yù)測得到了污水排放對水環(huán)境的影響范圍和程度。計(jì)算得到的污染物濃度場分布合理準(zhǔn)確，說明