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《河口、海岸水动力模拟技术--12讲义讲课讲稿.ppt》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-2014-12讲义海岸河口问题：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
2、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形演变的复杂过程。
3、（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
4、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方向1、资料同化将是河口数值模型发展和结合的一个新技术切入点,也是带动河口动力数字模拟技术革新的一种重要方法.2、数字河口动力模型1、河口模型四维资料同化四维同化在河口中的一类主要应用是为河口数值模式提供优化的初始状态,从而校正不合理的边界条件所带来的偏差,提高模拟精度.变分同化技术还可应用于确定河口模式中的未知参数.例如确定了潮汐河口的摩擦系数,通常这种系数是通过经验获得的.另外,河口模式的外部强迫场(如风场、海-气界面的热通量等)都
5、可以通过这种技术反演出来.资料同化的关键在同化模型在过滤和插值观测资料的机制方面有高效的预测能力。模型应对前期信息在时间上能向前插值。动力场的模型同化熟路也被证明对陆-气系统内部环流的科学研究极有价值同化是唯一能产生复杂非线性过长的场的手段，并且在物理学与动力学的机制上协调一致。2、数字河口动力模型河口水动力特征及外界强迫作用因子构建数字河口动力模型(模型计算要素象温、盐、流、泥沙的特征均以数字矩阵形式记载),若再与数字河网模型嵌套联结,最终可以获得区域河网———河口的动力-沉积-地貌的机制解释,揭示河
6、口物理规律和解决工程实际问题.在数字河口模型的构架下,可以将人类已经拥有的河口科学理论、知识与具有较强物理概念的水动力学模型集成于一体,为河口数值模型计算提供良好的平台。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.数字河口模型研究的最终目的就是利用
7、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。参考文献：Koutitar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
8、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A过水断面面积，Q为流量，Q=Bhu，B为河宽，h为水深，u为断面平均流速。分别为水面剪切力与水底剪切力Zb为水底的竖向坐标位置X轴为沿水流纵向方向。三、二、一维方程的定解条件初始条件u,v,w,ζ
9、t=0=u0,v0,w0,ζ0边界条件开边界：计算域水体
