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非结构网格下河流对近岸水环境影响的数值模拟

刘光生  
【摘要】: 近岸海区与人类生活和经济发展有着很密切的联系,了解和掌握近岸海区的水环境对于人们如何开发、利用以及保护之有着重要的意义。近岸海区是河流入海的主要影响区域,河流带来的大量淡水和其他物质如泥沙、污染物等等,直接影响了近岸水环境的变化。本文使用非结构化网格有限体积法三维水动力模型,分析研究了河流对近岸水环境的影响。 本文首先介绍了非结构化三角形网格剖分技术。为了生成更好的非结构化网格,在网格的质量判断方面做了一定的改进,这种改进不仅能够实现网格疏密区域的平稳过渡,而且能够保证三角形尽可能大的接近正三角形;在向计算域内自动加点方面,采用了列表排序法,该方法能够保证新增的网格点使网格整体质量向好的趋势发展;最后利用迭代的Laplacian算法对生成的网格进行光滑处理。 河流对水环境影响受到一些因素的影响。我们把这些因素分为两类,一类是内在因素,包括河流的流量、河流中污染物的浓度以及污染物的扩散系数等等,另一类是外在因素,主要是近岸的风和潮汐的作用。文中第四章分别采用余流场、污染物浓度分布和粒子追踪的方法分析研究了在不同内在因素下河流对近岸水环境的影响程度、影响范围。接着第五章将模型应用到特定海域中,模拟了不同外在因素对局部海域的水动力环境的影响,进而对比了河流对其附近海域水环境的影响。 模拟结果表明,不存在外在因素的情况下,河流的流量的大小与其对近岸水环境的影响程度几乎是线性的;河流中污染物的浓度不会改变污染物相对浓度的分布;河流径流量存在的情况下,污染物的扩散系数影响有限,没有径流的情况下,扩散系数的作用明显。在实际风场、潮汐,径流等外力作用下,近岸水环境比较复杂。不同区域的水动力环境由不同的因素决定。风场对整个余流场的影响影响很大,而潮汐对余流场的影响作用较小。河流影响明显,最大影响范围在离岸方向可达35公里左右,沿岸方向可达130公里左右,呈长条带状;在港湾外部及开阔海域河流的影响体现在其产生密度流和风生流的相互作用;港湾内部的影响主要体现在河流径流本身的动力影响,受其他因素影响较小。港湾内的污染物分布主要由两条河流径流量的大小控制着,而且浓度整体比较高,港湾外的近海区域的污染物浓度很低,它的分布决定于当地的风场、潮汐以及河流的共同作用。


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