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杭州湾盐度计算研究 耿兆铨倪勇强程杭平毛献忠 (浙江省i．-lu海岸研究所，杭州310016) 摘要河口受山、潮水共同作用，盐水入侵的机理及过程十分复杂，要确切地模拟也 是十分困难的．鉴于钱塘江河口和杭州湾潮强流急，总体上属强混合型海域，可以采用计及斜 压梯度影响的平面二维盐度方程。为适应计算海域所含众多岛屿的复杂平面边界及杭州湾典型 的喇叭形态，选用三节点三角形等参元的方法进行数值离散，其中时间导数采用前差，对流项 采用迎风格式，二阶项先行分部积分处理，空间导数采用与中心差分等价的离散方法．在计算 验证中发现，盐度计算的初值必须尽可能恰如其分地给出．本文采用MQ方法插值得到金域各 计算点的初值．文章还对盐度计算中的扩散项及盐淡水密度差所致影响等问题进行了讨论． 关键词河口，成水入侵，盐度，迎流显式有限元，数值模拟，MQ方法 口 7．-In是入海河流与海洋连接的河段，径流下泄和盐水上溯在河口交汇。受山、潮水共同作 用，形成河口特定的水流结构。河口盐水入侵的机理特征是：①同时伴有流体流动、盐度传 递、密度变化以及其他有关过程，为多个变量所控制；②存在强烈的非线性效应，各参数之 间存在着较强的耦合关系：③所研究的系统通常都具有较为复杂的几何边界形态和非线性边 界条件。显然，要对这样一个复杂过程作出预测是比较困难的。但是，工程实践又迫切需要预 报盐度。 早期曾有学者利用水槽试验研究盐水楔的运动，以后又在物理模型中复演天然河口的盐淡 开始寻求数值解。毛汉礼先生较早对杭州湾盐度作过分析【11。其后，华东师大【4】、青岛海洋大 学、河海大学12]、南京水科院、海洋局二所、浙江河口所13]等单位也先后作过一些研究。近些 年来，由于环境水力学问题越来越引人关注，深入研究杭州湾的盐度分布及其运移规律已提上 了议事日程。 盐度计算分析在河口、近海、港湾研究中有重要实用意义。随着计算机技术的f]{I速发展和 数值模拟水平的不断提高，盐度分析计算也有了较大进展。模式从一维发展N-维，近些年来 已尝试向三维进展。在二维模式中又有平面二维和立面二维之分，在计算格式方法上还有有限 差分和有限元之别，在具体技巧上更是“八仙过海、各显神通”。经比较，本文选用平面二维 显式迎流有限元模式计算分析杭州湾盐度。 ·458· 2数学模型简介 鉴于杭于}l湾潮强流急，总体上属强混合型海滨，垂向分层不明显，故可以采用平面二维模 式。考虑到斜压梯度影响的平面二维盐度方程为 竺+—otn—u)+竺丝：0 a 反 西 垒+“垒+v鱼+g堡一声一旦+剁掣 一+“一+V一+g一一户一一十删————；-一 a 反 西 反H C7‘H a al 8 al H审 2夏峨i’+万忙y万)-g石i 堡+Ⅳ堡+v堡+g堡+扣一皇+glfTU2+V2 i+Ⅳi石+g万+弦一百+蹦—C亍了a 反 彦 砂 日 z‘H =丢c颤罢，+号c￡，害， (4、 ’ 一+一+V一=一‘占Y月一J+一∞v，，一J十蟓 詈+喜+V詈=丢c如Ⅳ罢，+丢c勺Ⅳ雾，+级a ac 西 文。 ＆ 匆。 匆 (5) p=poO+aS) 以上诸式中：胆手加，硇滑动粘性系数，F为综合扩散系数。式(5)为密度与盐度间的 lo-3；式(2)、(3)动量方程中的末项为考虑斜压梯度影响的修正 状态方程，通常取a瑚．78X 项；式(4)中岱为源项，在河口近海水域中通常可忽略；仅在引成水入淡水(养殖业)时方 。 计及。 方程(1)～(5)的定解条件为： 水流： 初值：及五月o)=参(带叩’号者为已知