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1、河口、海岸水动力模拟技术数值模拟1题目近似的，辽东湾纵长120海里，辽东湾宽60海里，平均深度21米。请模拟该海域的潮位、潮流的时空分布。采用二维潮波方程：生+ h（翌+竺）二0 dx dyaradaradar连续方程 乱 A-f = g- kudx+ fu = - g 工-kv dx运动方程边界条件：H=2.0米，t小时，g =Hcos(30ot)初始条件：u=v=02计算模型在本模型计算中，采用SMS软件生成无结构网格，并将生成后的网格导入 MIKE21的HD模块(水动力模块)进行计算。以下将简单的对MIKE21的HD 模块的计算原理进行简要介绍。MIKE21水动力模型是基于二维平面不可压
2、缩雷诺(Reynolds)平均纳维埃- 斯托克斯(Navier-Stokes)浅水方程建立的，对连续方程和水平动量方程在h = Q+ d 范围内进行积分得到二维深度平均浅水方程。在对控制方程的离散上，对于空间 导数项的离散，MIKE21FM模块采用非结构化三角形，在岸边界和工程结构物 或者岛屿附近采用非等距三角形网格进行单元划分，大大增强了系统对岸线变化 河结构物形状的适应性，提高了计算精度。模型对计算区域的空间离散采用的是 有限体积法。3计算及结果分析将计算区域简化成如下图所示:图1计算区域简化图东、南、北三边为岸边界，西边为开边界。在闭边界处v二0,即在平行y轴的边界上u=0，而在平行x轴
3、的边界上u=o, n界外点匚=0。在开边界处，给定已知的随时间变化的潮位值，即开边界强迫水位：H=2 米，t 为小时，:=H cos(30ot)1海里=1852米，120x60海里=222240x111120米，H为水深，21米。本算例选 用的网格步长为DS=2海里=3704米，时间步长为AT=90(秒，网格数为60x30，计 算时间为2天，共3个完整周期，48小时，不考虑底摩阻。选取网格中心点处的u，v，z的变化过程线进行分析，它们的变化过程线如 下图所示：计算区域如下图所示，其中褐色边界为陆地边界，蓝色边界为水边界。图5 MIKE的计算区域和网格MIKE 21 Flow Model FMD
4、：im ai n Time M a dill e Selec t i onHyit-udj.TL：=iiTii c Flodules-Suluti on Te匚hni queFlood and. DryDenEi tyEddy ViscosityBed ResiEt：=LTLceCoriulie ForcingWind ForcingIce CoverageTidal FdD.tialFr ecipi tMti otl 一 EvaW ave Radi ati onS uif i： e eIni t i al C on di t i oilsBi：nirLd：=Lry Cundit.y Code
5、 3Decoupling-V Outputs彳 Output 1# Output 2V Chi切ut 3图5参数设置4.1中心点处的水位、流向、流速变化过程线选择中心点处作为观察点，计算得出了该点处的u, V, Z,如下图所示:40IJIJU20UU00500001000001500002000001000008000060000Above-20.5-20.6 -20.5-207 -20.6-2LI.FI -20.7-20.9 -20.82仁-20.921.1 -21-21.2 -21.1.3-21.2Below -21.3Undefined ValueBathymetry m中心点选取图:1
6、.0:0.5:0.0:-0.5Point 1: Surface elevation m00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00图6 MIKE计算得出的中心点处水位变化过程线Point 1: U velocity m/s 00:000:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:0000:00图3.选取点流速U变化情况Point 1: Current speed rn/s1.0! 0.8ti.iii:0.6:0.4: 0.2:0.012:0012:0000:0012:00: 00:00oo：ou00:00图7 MIKE计算得出的中心点处流速的变化过程
7、线Point 1: Current direction rad 呂 ElAULj.00:00 12:00 00:00 12:00 00:00 12:00 00:00图8 MIKE计算得出的中心点处流向的变化过程线由上图可以看出在MIKE计算中，前几十步的计算结果也是不怎么好，以后的计算比较稳定，得出的u, v, z的变化过程图形都比较一致。4.2入流边界发生波峰、波谷时测点水位图我们在中线处布置等距布置50个测点，潮流由右向左（即由东向西）入流, 如下分别为边界发生波峰和边界发生波谷时，测点的水位图：图9入流边界波谷时测点水位发现入流边界发生波峰时，测点水位沿程下降，略显为下凸形状；当入流边
8、界发生波谷时，测点水位沿程上升，略显上凸形状，整个中线水位单调性明显， 可知潮波波长超出流域长度。4.3入流边界发生波峰、波谷时流场图我们取在入流边界发生波峰和波谷的时刻对全流域流场进行观察和分析。通 过MIKE的区域流场图来得出本题的全域流场图，如下图所示（选取了一个整周 期的流场图和受到固壁作用反射的流场图）：0500001000001500002000001100001000009000080000700006000050000400003000020000100000Surface elevation mAbove 1.51.25 - 1.51 1.250.75 -10.5 0.750
9、.25 - 0.50- 0.25-0.25 -0-0.5 -0.25-0.75 - -0.5-1.25 -1.5-1.25-1.75 - -1.6-2-1.75Below -2Undefined Value1100001000009000080000700006000050000400003000020000100000图11入流边界发生波峰时流域流场rroje050000100000150000200000Surface elevation mAbove21.75 -21.5- 1.751.25 - 1.51 1.250.75 -10.5 - 0 750.25 - 0.50- 0.250.25 0-0.5 - -0.25-0.75 - -0.5-1 - -0.75-1.25 -1 1.5-1.25 Below -1.5Un defined Value图12入流边界发生波谷时流域流场从上面两幅图可以看出，流场的分布比较均匀，与理论的结果相一致。
