【摘要】： 水交換是海灣、近岸海域的重要水動力學(xué)特性,是研究海灣、近岸海域環(huán)境容量的基礎(chǔ)。目前,對水交換問題的研究主要有兩類方法:一是在假定研究海域內(nèi)水體充分混合的前提下,根據(jù)水量守恒和指標(biāo)物質(zhì)(通常為鹽分)守恒,利用實測到的灣內(nèi)外及灣口指標(biāo)物質(zhì)濃度差,計算海水交換率、交換時間,進而建立簡單的水質(zhì)預(yù)測模型,這類方法適用于小海灣。二是,直接用數(shù)值模擬方法模擬特定海域水體的運動過程,得出水交換時間尺度的分布。 本文針對大型海灣、近岸海域水交換的特點,在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,提出了用關(guān)聯(lián)矩陣研究水交換的方法。關(guān)聯(lián)矩陣的概念是,將研究海域劃分為多個海區(qū),用關(guān)聯(lián)矩陣中的元素表示一定時刻某海區(qū)中來自其它海區(qū)的海水權(quán)重,整個矩陣描述了研究區(qū)域各海區(qū)間的水體交換關(guān)系。關(guān)聯(lián)矩陣可由數(shù)值模擬結(jié)果統(tǒng)計而得,是對數(shù)值模擬結(jié)果中水體交換特征的提煉和歸納。 利用關(guān)聯(lián)矩陣的矩陣運算可以預(yù)測在初始濃度或源項作用下的水質(zhì)變化。利用矩陣運算預(yù)測水質(zhì)變化是一種簡單的水質(zhì)預(yù)測模型,計算簡單、速度較快,是對復(fù)雜數(shù)值模擬方法的一種補充。在進行水質(zhì)預(yù)測的過程中,由于引入了交換濃度的概念,故放寬了對“海區(qū)內(nèi)混合充分”假定的要求。 應(yīng)用關(guān)聯(lián)矩陣將駐留時間概念擴展到矩陣形式,用以表示各海區(qū)海水相互影響的時間尺度。推導(dǎo)出了各時間尺度與關(guān)聯(lián)矩陣之間的關(guān)系。指出駐留過程和更新過程分別是以拉格朗日觀點和歐拉觀點描述水交換特征。 建立了用于模擬海灣、近岸海域水交換的水動力學(xué)數(shù)學(xué)模型和對流擴散數(shù)學(xué)模型,通過解析解和實測資料對本文所建立的數(shù)學(xué)模型進行了檢驗和驗證。針對數(shù)值模擬中緩坡淺海海域?qū)掗煶遍g帶上的動邊界處理問題,提出了一種基于“預(yù)估水深”的新的干濕判斷方法,并應(yīng)用多個算例對所提出的干濕判斷方法進行了驗證。結(jié)果顯示,本文的干濕判斷方法無明顯的數(shù)值振蕩產(chǎn)生,且可以較準(zhǔn)確的估計淺水處水體的蓄留能力。 通過典型算例,對所提出的用關(guān)聯(lián)矩陣研究水交換的方法進行了檢驗。并將其應(yīng)用于渤海、渤海灣和天津近岸海域的水交換研究當(dāng)中。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：P731.26

【引證文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李小寶;大型海灣水交換高效計算方法研究[D];天津大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 荊海曉;河網(wǎng)水動力及水質(zhì)模型的研究及應(yīng)用[D];天津大學(xué);2010年

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本文編號：2632766