资源描述：
《河口、海岸水动力模拟技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、河口、海岸水动力模拟技术第一章绪论海岸：是海陆相互作用的重要地带，也是海、陆、气交互作用的重要空间，这种表现在：岸线演变（自然和人为）飓风（台风）带来的灾难性破坏；海洋潮汐环境的变化。河口：海岸常伴随有江河湖泊的出海口，通常称为河口。海岸河口问题：潮流问题波浪问题径流、异重流（密度流）、污染物（COD)扩散。研究海岸河口问题的方法物理模型（水力学比尺模型）数学模型（数值模拟）沿岸过程动力因素物质过程流（潮流）波（风浪）盐水入侵泥沙输移污染物扩散波流相互作用海水入侵控制反馈流载波波生流数值模拟：一门综合性的模拟技术，它采用数学模型来模拟某中物理现象，并通过计算机用数值计算法进行近似求解，籍
2、以复演自然演变过程的总称。水力学、泥沙数值模拟：以水力学和泥沙动力学为理论基础，并结合具体工程的一门新型实用科学。水动力泥沙数值模拟：以微分方程为理论，并通过微分方程的离散，变成代数方程，最后采用计算机进行近似求解。数值模拟的特点：（1）一般以线性理论为基础，但实际自然现象和描述这些现象的微分方程均为非线性的；（2）需要丰富的经验，现场资料和一定的技巧；（3）数值模拟不仅仅是一种近似计算，可以作为一种实验或研究及预测方法。数值模拟的优点：（1）实验费用少；（2）速度快、周期短；（3）可以模拟多种因素相互作用的复杂物理过程。如可以模拟水（潮）流、风、柯氏力等多种因素共同作用下的多种泥沙及地
3、形演变的复杂过程。（4）可以完全控制流体的物理性质（如密度、容重、粘度、含沙量等）（5）模型建成后，长期保存、随时调用修改。（6）无法模拟微分方程不能描述的物理现象。数值模拟工作的基本步骤（1）建立数学模型和编制源程序建立或选择的微分方程；根据模拟域边界条件选择合适的网格；按一定的格式离散方程，得到代数方程和采用合适的数值方法求解代数方程；编制源程序求解代数方程。数值模拟分析（收敛性、稳定性、相容性、误差程度等）（2）调试源程序（3）模型验证调整模型中有关参数（糙率、紊动动量掺混系数等），使模型有良好的稳定性和收敛性，并与现场资料有良好的吻合；（4）正式方案试验河口、海岸水动力模拟的发展
4、方向1、河口模型四维资料同化2、数字河口动力模型数字河口动力模型具有许多优势:首先,数字河口模型是基于数字区域地形构建而成的,地形要素可自动生成,无需手工操作,大大提高了工作效率;其次,数字模型不仅能输出传统模型的结果,而且能够十分方便地给出河口水文要素和水文状态变量的空间分布场,这些对近岸河口动力科学研究与河口、港口、航道工程都有着广阔的应用前景.总而言之,数字河口模型研究的最终目的就是利用已有的河口基础科学理论和知识,在数字区域地形的基础之上将观测点的水文信息拓展、同化至区域平面上乃至区域三维立体上的信息,并形成数字成品,为国家宏观决策和国民经济各行各业服务。参考文献：Koutita
5、r著“MathematicalModelinCoastalEngineering”1)模型简单易懂2）附有Basic程序，而且有验证的算例3）介绍各种数值处理技术曹祖德、王运洪”水动力泥沙数值模拟第二章水动力数值模拟的理论基础2.1基本方程自由面运动学边界条件：底部运动学边界条件：U,V,W为x,y,z方向上的流速分量。η（ｘ，ｙ，ｔ）为距平均海平面的自由表面水位。ｈ（ｘ，ｙ）为平均海平面距底部边界的水深。ＡＨ为水平扩散系数。ＡＺ为垂直涡动系数。初始条件边界条件岸边界：法向流速为零。水边界：给定潮位过程。SaintVenant方程三、二、一维方程的定解条件初始条件u,v,w,ζ
6、t=0=
7、u0,v0,w0,ζ0边界条件开边界：计算域水体与外部水体相接处。(u,v,w)Γ=(u(t),v(t),w(t))ζΓ=ζ(t)固边界：计算域与陆地或建筑物接壤处无滑动：u,v,w=0有滑动：垂直边界的速度为0。2.2数值计算在计算水动力、泥沙数值模拟时，大都将基本方程组离散成代数方程组，最后求解代数方程组，此处介绍微分方程组的离散技术——有限差分法和线性代数方程组的数值解法。2.2.1有限差分法有限差分法是工程中常用的一种离散技术，将计算域分成有限个网格，通过差分法求网格结点的微分方程的近似值，也称网格法。将网格结点上的函数f(x,y,z,t)表示成，i,j,k分别表示x,y,z方向
8、的坐标位置，n表示时间。1、工程中常用的几种差分和微分的关系（一维）（1）一阶向前差分（2）一阶向后差分（3）一阶中心差分（4）二阶中心差分2、几种常见的差分格式以一维热传导方程为例：（1）古典显式格式（2）古典隐式格式（3）六点格式（Crank-Nicolson），双层六点隐式格式在x点和n+△n/2时层，对t和x均采用中心差分（4）Richardson格式，三层显式格式在x点和n时层，对t和x均采用中心差分（5）加权六点格式，隐
