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潮汐影响下滨海地下水超高:等效海岸边界条件的确定

陈娟  
【摘要】:潮汐海平面上下波动带动毗邻的滨海地下水水位振动,对达到动态稳定后的地下水水位作周期平均后,其位置高出不考虑潮汐作用的稳态水位,即潮汐影响下滨海地下水水位存在超高。当海岸沙滩角度较小时,这种由于潮汐产生的超高非常明显。然而,由于潮汐动边界处理的复杂性而导致巨大的计算量,在现有的区域地下水数学模型中,潮汐引起的海平面波动通常被忽略,仅仅以平均海平面高度作为模型的海岸边界条件,其预测出的地下水水位位置与实际情况可能会有一定的误差。因此,本文通过数值模拟,结合物理实验对比分析,寻找一个等效的海岸边界条件的确定方法,这个等效边界既包含潮汐对内陆地下水水位的超高效应;同时,这个海岸边界可以直接作为区域数学模型的输入边界,不增加现有的计算量。 在分析描述潮汐影响下滨海地下水运动的控制方程和边界条件的基础上,建立了地下水运动数值模型。基于无量纲化后的参量α和ε,以及特殊定义的超高,通过大量的数值实验及回归分析,推导出计算超高的经验公式(A表示潮汐振幅,Ov表示超高):Ov=A×[1-(0.11×α+1.33)×exp(-0.89×ε~(0.46))],并通过物理实验对比分析数值模拟结果。最后通过一个实例指出了超高经验公式应用于等效海岸边界条件的过程。 此外,本文还数值模拟研究了两个相关问题,得出主要结论如下:(1)滨海潜水水位受潮汐影响而振动具有三个特点:振幅衰减、相位滞后、振动不对称性;(2)无量纲化后的浸润面长度与参量α和ε存在较好的相关性,且受参数ε的影响远远大于α的影响,并随着ε的增大而增加。无量纲化后的浸润面周期最大长度无限趋近于2,周期平均长度无限趋近于1。


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