沿岸流不稳定运动对物质输移的影响

摘要

随着沿海地区经济迅速发展，海洋开发和海洋运输日益活跃，污染物入海总量居高不下，污染面积扩大，海洋环境质量明显下降。为了治理保护海洋环境，就必须以海洋动力因素的研究为基础，研究污染物在近岸水动力环境条件下的输运规律。在近岸水域，沿岸流对海岸泥沙的输运有重要作用，也将明显影响污染物的输移扩散。本文采用数学模型计算的方法，研究在沿岸流不稳定运动下污染物输移扩散的规律，主要做了一下几个方面的工作： (1)首先对沿岸流模型和污染物输运模型进行了介绍，对其离散方法及相关系数进行了分析，并采用点源算例对对流扩散模型进行了数值验证。 (2)分析在稳定沿岸流作用下污染物的运动。针对实验中8种不同的工况，计算了波高、波浪增减水以及沿岸流流速，模拟了在沿岸流作用下的污染物的运动状况。通过与实验观测值进行对比，验证了数值结果和物理实验结果一致性。 (3)重点分析了沿岸流不稳定运动引起的污染物运动。通过在沿岸流上游边界加周期性扰动，使沿岸流产生摆动，模拟了实验中沿岸流不稳定运动，并计算了不稳定沿岸流引起的连续源作用下的污染物扩散，目的是探讨物理模型实验中观察到的墨水沿海岸输移过程中的摆动现象。验证了实验中观察到的污染物输移过程中产生摆动现象是由沿岸流不稳定运动所导致。

目录

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英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景及意义

1.2文献综述和国内外研究现状

1.3本文的主要工作

2沿岸流数学模型

2.1近岸环流基本方程

2.2沿岸流数学模型中的作用力

2.2.1水波中的辐射应力

2.2.2波流场底部切应力

2.2.3侧向湍流应力

2.3波流场数学模型的数值离散

2.4边界条件

2.4.1开敞侧边界

2.4.2岸边界

2.4.3远岸波浪入射边界

2.5小结

3近岸波流场中污染物输运的数学模型

3.1对流扩散基本方程

3.2波流作用下的污染物扩散系数

3.2.1流作用下的扩散系数

3.2.2波浪作用下的扩散系数

3.2.3波流共同作用下的扩散系数

3.3对流扩散数学模型的数值离散

3.4污染物输运数学模型的边界条件

3.4对流扩散模型的数值验证

3.5小结

2均匀沿岸流作用下的污染物运动的实验结果分析

4.1沿岸流模型的验证及结果分析

4.2污染物输运模型的验证及结果分析

4.3小结

5沿岸流不稳定作用下的污染物运动

5.1沿岸流不稳定运动的模拟

5.2沿岸流不稳定作用下污染物运动数值模拟的验证及结果分析

5.3小结

6结论与展望

6.1本文结论

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢