长江口污染物运动轨迹模拟

长江口流域污染物排放较多,受地形和水环境过程影响其运动规律极为复杂。为保护近岸海域水质环境,须在洞悉该区域环境水动力基础上开展污染物运动规律的研究。基于ECOMSED三维数值模型和拉格朗日粒子追踪技术,采用单个粒子以及粒子群模拟追踪了长江口的石洞口、竹园、白龙港三大污水排污口区域污染物质的运动轨迹,重点分析了水体表层、中层、底层污染物的运动特性及其影响范围,在此基础上,对该区域水体的排污设置方式提出了参考建议。     

新型高阶Boussinesq方程的一维数值模型及其实验验证

基于刘忠波等(2004)推导的新型高阶Boussinesq方程,建立了预报-校正差分格式的数值模型。为考察该数值模型的适用性,针对较大坡度的潜堤上的波浪传播变形进行了数值研究。将数值结果与实验结果进行比较,二者较为吻合,验证了本文的数值模型,同时也说明本方程可用于模拟较陡地形的波浪变形。     

自净作用下渤海海域COD环境容量研究

为测算自净作用下我国渤海COD环境容量,按地理特征将渤海水域划分为莱州湾、渤海湾、辽东湾以及渤海中部4个分区,从水动力交换扩散和化学降解两个方面入手,一方面利用各分区水半交换周期分别求得COD的扩散能力,另一方面利用COD衰减规律得到其降解能力,综合后得到各分区在不同水质标准下COD的环境容量.研究表明,渤海各湾水域COD浓度和环境容量各不相同,其中,莱州湾水质属于较清洁,在此区间内还有26%的环境余量;渤海湾水质属于轻度污染,在此区间内还有5%的环境余量,辽东湾水质属于较清洁,在此区间内还有88%的环境余量.     

浅水非线性长波演化的高精度模拟

波-波相互作用引起不同频率波浪之间的能量交换,在浅水非线性效应更为明显。波浪演化经历非稳态与稳态过程,为了精确模拟这一过程,要求水波模型具有足够高的线性与非线性精度。基于一组具有良好色散性和非线性的双层Boussinesq水波方程,在非交错网格下建立了数值模型,模型采用混合4阶Adams-Bashforth-Moulton格式的时间步进。为了模拟造波板运动产生的波浪,数值模型中选用了适合该模型的两点造波,并在首个周期内边界两点波浪乘以从0到1缓变的正弦函数。模型计算了水槽中非线性长波的演化过程,将固定点的波面位移、不同频率的波幅和物理模型试验结果进行了比较,二者与试验结果的吻合程度均较高。最后模拟了不同波幅下的波浪演化,分析了再现长度随波幅的变化。研究表明,波浪近似线性时再现长度与理论解析基本吻合,伴随波浪非线性增强,再现长度呈现非线性减少。     

二维高阶Boussinesq数值模型及其实验验证

基于近似到O(μ2)阶完全非线性的Boussinesq方程,在非交错网格下,建立了有限差分的波浪数学模型.针对该数学模型,利用混合四阶Adams-Bashforth-Moulton预报-校正格式对该方程进行了数值求解.计算了几组地形下的波浪传播变形,数值计算结果与实验结果吻合较好,验证了该波浪数值模型.同时给出了弱非线性方程数值模型的计算结果,讨论了非线性的影响.