黄河口悬浮泥沙输运三维数值模拟

摘要

该文首次将一个三维河口海岸数学模型（HEM-3D）应用到黄河口海域,研究黄河入海泥沙的扩散和输运模式.湍流边界层采用了2.5层湍流封闭模式来确定垂直湍流粘性系数;泥沙的扩散输运考虑近底层水体与海底边界的物质交换过程（泥沙的沉降和再悬浮过程）.模型在垂直方向上采用Sigma坐标变化,对水深进行均匀分层;水平面采用曲线-正交坐标网格和直角坐标网格相结合的复合坐标网格系统.在海洋开边界上采用四个主要分潮作为潮流场的驱动力,河流的上游采用利津站的径流量作为实时边界条件.根据黄河口入海泥沙浓度相对于其它大河较高的特点,在水体密度的计算中引入了悬浮泥沙浓度的影响,考虑了悬浮泥沙对水动力场的反馈作用.利用1998年6月测量的站位资料对数学模型进行了验证,数学模型的计算结果基本反映了黄河口海域的水动力场的时空变化,盐度和悬浮泥沙的输运特征.根据河口的水动力特征及其作用下的盐度、悬浮泥沙的运动过程,提出了黄河口悬浮泥沙向海输运的运动机制.从河口入海的泥沙以羽状流的形式漂浮在盐水之上向外海运动,在三角洲的前缘处由于河口环流的混合作用而快速沉降,形成了河口环流对泥沙的第一次捕获作用.

目录

文摘

英文文摘

概述

第一章研究背景

第一节黄河口水文泥沙概况

1.1.1黄河入海水沙的变化特征

1.1.2黄河口海洋动力条件

1.1.3黄河口泥沙及其运动特征

第二节国内外河口海岸数学模型的发展现状

1.2.1河口海岸特定的水文泥沙环境及数学模型研究的意义

1.2.2河口海岸数学模型的研究状况

1.2.3河口海岸泥沙输运模型的研究

第三节黄河口泥沙运动研究状况及数学模型应用

参考文献

第二章河口海岸三维数学模型

第一节三维数学模型基本结构

第二节数学模型坐标系统

2.2.1垂向σ坐标变换

2.2.2水平面坐标系统

第三节三维水动力模型

第四节湍流封闭模型(Turbulence Closure Model)

第五节泥沙输运模型

2.5.1基本方程

2.5.2泥沙输运方程的求解步骤

2.5.3近底层湍流封闭

2.5.4泥沙的沉降、沉积和再悬浮的物理过程参数化

参考文献

第三章黄河口潮流场时空演变

第一节数学模型的验证

3.1.1计算网格的配置

3.1.2初始条件设置

3.1.3边界条件设置

3.1.4悬浮泥沙对水体运动的反馈作用

3.1.5计算结果验证

第二节黄河口潮流场

第三节黄河口切变锋

3.3.1黄河切变锋的时空分布特征

3.3.2黄河口切变锋的运动特征

3.3.3黄河切变锋的产生

3.3.4切变锋对黄河口物质输运的影响

第四节主要结论

参考文献

第四章黄河河口羽状流

第一节黄河河口羽状流的研究状况

第二节黄河口羽状流运动及其物质分布特征

4.2.1计算结果分析

4.2.2河口环流的混合作用

4.2.3盐水入侵结构及其作用

第三节黄河口悬浮泥沙输运的动力机制

第四节主要结论

参考文献

第五章结语

第一节主要结论

第二节论文存在的主要问题

致谢