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感潮河段流场计算模型的研究与应用

徐常安  
【摘要】:当今世界经济快速发展,水运市场同样迅猛发展,而内河则是水运领域的重要组成部分。今天越来越多的船只在内河中穿梭,尤其在感潮河段船舶密度更大,甚至有些码头也建立在河口的感潮河段。这无疑会给感潮河段带来严重的污染问题,而污染物预报显得尤为关键,污染物预报的核心就是流场,流场是预报系统的动力场。针对以往感潮河段流场计算模型移植性不足,即流场计算方法只适用于特定的区域。研究感潮河段流场计算的模型显得尤为重要,同样具有较好理论和使用价值,为内河感潮河段的溢油预报提供更加精确地动力基础。 研究的核心内容:流场计算的模型是在POM的基础上建立的,而POM计算的流场是根据边界条件的变化而变化的,只有提供精确的边界条件才可以准确的预报河段的流场。因此,本文分别研究上、下河段边界条件,感潮河段下边界一般靠近河口,如果有边界条件就可以直接输入模型,如果没有则采用网格嵌套,即把下边界包括在一个比较大的模型中,而大区域则有可以覆盖较好的边界条件,通过大区域的计算,修改程序,可以在边界处提供边界条件。为了提高精度,选择两层网格嵌套。对于河段的上边界则要考虑更多的影响因素,不仅要考虑下游潮汐的影响,而且还要考虑上游的径流量,因此本文采用双向波演算模型为上边界提供边界条件,双向波演算模型是计算在某一断面处在径流量和潮波共同作用下的水位变化,这种方法是结合动力学数学物理方程建立的,经过严格推导验证的,具有较可靠的理论依据。本文将上下边界条件嵌入POM模型进行计算,并计算了(汛期、年平均流量、枯水期)三种流量下的流场,通过比较分析计算的结果,可以更清晰地看出潮汐与径流的相互作用机理。本文以大辽河为例进行了验证计算,得出的结果经分析本符合模型的理论预测,因此更加验证了本模型的合理性。 此模型不受边界条件以及地域的限制,具有较好的可移植性,在缺少直接边界条件的情况下仍然可以很好的计算出感潮河段的流场信息,这为各种污染预报系统提供动力基础,可以对各种污染事故及时做出应急反应。


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