IMECH-IR  > 流固耦合系统力学重点实验室
海底小尺度沙波运移高分辨率数值计算模型研究
江文滨
Thesis Advisor林缅
2012-12-02
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Subtype博士
Degree Discipline流体力学
Keyword高分辨率 海洋环境数值模拟 网格嵌套 沙波运移 波浪
Abstract
随着国家对海洋资源的重视和开发程度不断加大,海洋环境及其对工程结构安全性影响的研究开始转向次中尺度(水平分辨率千米量级以下)。小区域(小于10平方公里)内小尺度(波长几十米)沙波在海洋底流驱动下产生运移,可能造成海底油气管线出现危险悬跨,因此建立高分辨率三维海洋环境模型以预测海管路由区的底流以及沙波运移的趋势就显得十分迫切。目前国际上海洋环境数值模式的水平分辨率约为1800m,难以模拟小区域内小尺度沙波的运移。为此本文基于开源海洋模型POM和波浪模型SWAN,提出了一套针对北部湾海域的网格嵌套方法,构建了可高效模拟高分辨率复杂三维海洋环境流场的数值模型,成功地模拟了北部湾两个典型区域内的小尺度沙波运移。本文主要研究内容如下:
1. 提出了一套针对北部湾海域的网格嵌套方法,构建了可高效模拟高分辨率复杂三维海洋环境流场的数值模型。以普林斯顿海洋模型(POM)为基础,针对南海北部湾海洋环境特征,选用目前国际上最新、最可靠、最高分辨率的数据提供背景场和开边界值,设定合理的开边界条件。设计一套适用北部湾的网格嵌套方法,可快速获得研究区时间长达1年以上、分辨率高达200m的底层流场,模拟得到的流场和水位结果均与实测值吻合。
2. 模拟潮汐-风生流作用下的沙波运移。结合模拟得到的研究区高分辨率底层流场特征和当地沙波特征,建立了适用于小区域小尺度的沙波运移数值模型。模拟地形、潮汐、海表风和温盐场影响下的研究区D区2004-2005、2005-2007和2007-2009年间的沙波运移,并与实测结果进行对比。本文模型优于现有的Q3D模型,历次模拟的沙波运移方向与实测运移方向一致,均呈现“西侧向南、东侧向北”的逆时针扭转形态。分析后发现沙波运移方向出现扭转形态的原因在于沙脊两侧的最大落潮流速差异。
3. 模拟波浪-潮汐-风生流联合作用下的沙波运移。针对S区水深较浅的情况,将海流数值模型和波浪数值模型耦合,考虑波浪-海流联合作用下的沙波运移,并与实测结果进行对比。模拟的沙波运移方向与实测运移方向一致,均呈现“西侧向北、东侧向南”的顺时针扭转形态。
4. 沙波运移的影响因素分析。通过一系列对比试验,分析地形、潮汐、海表风应力、温盐场和波浪因素对沙波运移的影响。首次揭示了温盐分布导致的密度流在沙波运移模拟中不可忽视。
5. 开发了海洋环境预报分析模块,并应用于沙波运移对海管悬跨状态影响的预报分析。

Call Number31030
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/47037
Collection流固耦合系统力学重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
江文滨. 海底小尺度沙波运移高分辨率数值计算模型研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2012.
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