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《波浪作用下近岸区污染物输移扩散的数学模型及其实验验证_孙涛.pdf》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、第卷第期海洋学报,年月,波浪作用下近岸区污染物输移扩散的数学模型及其实验验证孙涛‘,陶建华‘天津大学力学系,天津摘要在近岸缓坡浅水海岸,波浪破碎产生沿岸流是近岸海域流场的重要组成部分,它对污染物输移扩散规律的影响重大在高阶近似抛物化缓坡方程求解大面积波浪,场基础上建立了波浪作用下污染物输移扩散数学模型计算结果与不同坡度均匀斜坡地形上具有不同波高、周期的规则波及不规则波浪作用下污染物输移扩散实验,结果进行了比较分析了各种因素对波浪作用下沿岸流分布规律影响所得结论认为地形坡度及入射波高对污染物输移扩散的影响较大波浪作用将使缓坡海滩上污染物
2、的输移扩散平行岸线方向关键词沿岸流抛物缓坡方程污染物输移扩散数值模拟一一一中图分类号文献标识码文章编号叨引言,,近岸海域是目前人类海上活动的主要场所也是当前及今后较长时间内开发的重点区域,,然而在经济不断发展的同时损害及污染近岸海域水质的生态环境问题也随之产生而且呈现出范围扩大、危害加重、影响深远的趋势海域中污染物输移扩散规律与动力因素密切相关、,,污染严重的近岸海域在波浪潮流的共同作用下各种污染物的输移扩散规律十分复杂特别,、,对于淤泥质缓坡浅水海岸波浪在岸滩上的变形破碎及相应近岸流的产生使得污染物的输移扩散规律将不同于由岩石组成的
3、陡坡海岸条件下的结果,’目前关于波浪对污染物输移扩散影响的研究只进行了一些尝试性的工作等研究了近岸区建筑物附近波浪及相应近岸流作用下水交换和水质问题等〔〕进行了实地海岸沿岸流作用下污染物输移扩散模型和实验研究等〔研究了模拟海域内波、潮,浪流共同作用下污染物的输移扩散规律其结论认为在缓坡近岸海域污染物输移扩散规律研究中波浪的作用不容忽视收稿一一修订期一一日期基金项目国家自然科学基金重点资助项目国家自然科学基金资助项目作者简介孙涛一,男,山东省即墨市人,博士,从事水动力学数值模拟研究期孙涛等波浪作用下近岸区污染物输移扩散的数学模型及其实验
4、验证一对波浪作用下近岸流数学模型的研究基本均建立在提出的辐射应力,概念基础上考虑了水底摩擦和水平掺混作用由于波浪作用下近岸流所涉及的海岸带污染,,物的输移扩散以及地形演变等问题通常为大面积海域内各种因素综合作用的结果因此本文,这数学模型采用抛物化缓坡方程求解波浪场对方程采用步进法数值求解样可大大节省计算时所需计算机内存和计算时间方程适宜于模拟大面积海域波浪的传播在均匀岸坡地形条件下近岸流主要以平行岸线方向的沿岸流为主本文专门研究了均匀斜坡地形上波浪作用下沿岸流对污染物输移扩散规律的影响研究工作将数学模型及物理实验研究相结合,分析、了具
5、有不同波高周期的规则波和不规则波作用下的污染物输移扩散规,律总结了不同因素对污染物输移扩散规律的影响数学模型波浪作用近岸流模型波浪斜向,、入射到均匀岸坡地形时由于波浪变形破碎将形成平行岸线方向的沿岸流对沿岸流计算的基础是确定波浪在近岸海域的传播本文波浪传播数学模型建立在〔高阶近似抛物化缓坡方程的基础上,该方程用展开和最小误差方法对抛物缓坡方程进行了,适用改进于大角度的波浪传播方程形式如下、一。,一,,一,、,、,,、、二告士务今‘曰、口、钊以二,,譬、、警一。,式中,为波的复振幅函数是虚数单位为波数。为角频率万是特征波数是波速。,,,
6、,是波的群速度月月月为方程的系数取不同的值对方程有不同的近似是表示非线,我们把性影响的因子是波能损耗和发生因子它表示成,。其中为底摩阻因子为波浪破碎因子为风作用因子与波能耗散率的关系为二。模型综合考虑了非线形、底摩阻间题、波浪破碎问题和风场的作用将等〔〕的破碎波模型应用于抛物缓坡方程中,假定能量耗散率。、与当地能量流和稳定能量流之差成正比,一,￡笑,,,,式中为静水深度为当地能量和稳定能量用表示比例系数于是上式变为·、一一一“一〔〔等川盯黔,设,表,,其中为波能传播率根据微幅波理论示稳定波波高表示稳定因子得一音酬一会’这样方程中的变为
7、。卜厂介二,廿一下七‘曰七海洋学报第卷将式代入式得刁“「服卜一二二,‘月口’一般取,,为当地波高—模型的优点在于波浪破碎后到了水平常水深区域或恢复区能够停,止计算破碎波模型采用波高破碎指标汽来判断破碎开始的取值范围为一破碎发生后检查是否有恢复的可能,如果计算的波能流小于稳定波能流,令,模型可以模拟多次波浪破碎不规则波计算模型以方程高阶近似抛物缓坡方程为基础,假设每个单波遵循该方程,然后将每个单波线性叠加,设波动水表面随时间周期变化可表示成,,丫‘‘。、「、,丁冬鲁飞,马一一“,‘、’夕,一’、。,万艺”自自”丁,式中,为自由水表面的垂
8、向位移下标表示频率表示方向表示复数的实部,‘表示第个频率第个方向的波分量的复振幅表示频率分割数蜿表示方向分割数,,,,乌刃为波数叱为第个波分量的角频率假设波场只由平面波组成则人刃可表示成,,一,,‘‘少,一‘,‘·‘·夕
