太湖风生波流及泥沙运动三维数值模拟

论文摘要

近几年来浅水湖泊的水质污染形势日趋严峻。浅水湖泊的污染物质中,内源释放量占据了很大比例,故内源释放一直受到广泛关注。然而,内源释放是由底部沉积物的再悬浮引起的,在研究湖泊内源释放之前,首先应了解湖泊中沉积物的空间分布状况,才能准确地计算出在风生波流扰动下的内源释放总量。本文查阅了近年来国内外有关湖泊水动力数值模拟及沉积物分布情况的相关文献,利用三维MOHID风生流模型对太湖风生流进行了数值模拟。在此基础之上,引入SWAN风浪模块,通过三维MOHID泥沙模型,模拟了风生流及波—流共同作用下,梅梁湾东部沿岸的底部泥沙运动情况。三维模型平面离散采用有限体积法,垂向应用σ坐标变换,保证了浅水区域的良好分辨率。太湖风生环流的模拟结果与前人的研究成果相符。在此基础上建立的三维泥沙模型反映了梅梁湾地区的泥沙运动规律,为今后内污染源释放问题的研究提供了进一步的帮助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 湖泊水动力数值模拟概况
• 1.2.1 湖泊水动力数学模型数值计算方法
• 1.2.2 湖泊水动力数学模型研究进展
• 1.3 波浪场的数值模拟研究进展
• 1.4 泥沙数学模型的研究进展
• 1.5 本文主要的研究工作
• 第二章 湖泊三维水流及泥沙运动模型的建立
• 2.1 风生流模型的建立
• 2.1.1 风生环流的形成
• 2.1.2 三维风生流场模型
• 2.2 波浪场的数值模拟
• 2.2.1 基于动谱平衡能量方程的波浪数值模型
• 2.2.2 SWAN模型的介绍
• 2.3 三维泥沙数学模型
• 2.3.1 控制方程及数学离散
• 2.3.2 床面模型
• 2.3.3 沉速
• 2.3.4 底部剪切应力
• 第三章 太湖风生环流三维数值模拟
• 3.1 太湖概况及研究现状
• 3.2 模型的建立
• 3.2.1 网格的划分
• 3.2.2 湖体地形
• 3.2.3 模拟结果分析与验证
• 第四章 梅梁湾东部沿岸地区风生波流及泥沙运动三维数值模拟
• 4.1 太湖大模型的建立
• 4.2 梅梁湾东部沿岸地区波浪模型的建立
• 4.2.1 区域概括
• 4.2.2 计算结果及分析
• 4.3 梅梁湾东部沿岸地区泥沙模型的建立
• 4.3.1 模型的建立
• 4.3.2 含沙量计算结果对比及分析
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢