人工岛内湖水体交换数值模拟研究.pdf

516 水 道 港 口 第36卷第6期 较差。彭辉等 采用delft3DFlow建立对流一扩散型的海湾水交换数值模型，研究了象山港水体交换情况。 李希彬等b采用FVCOM海洋数值模式建立数值模型，研究了半封闭海湾湛江湾的水交换能力。尤爽和张宁 川 采用Mike21中FlowModelFM模块建立水动力和污染物对流扩散数学模型，研究了大连海上机场工程 及施工通道对工程水域水动力条件及环境的影响。王兴刚等 采用FVCOM海洋数值模式建立连云港浅滩 海域的三维水动力和对流扩散数值模型，研究了连云港主体港区的水交换情况。 在节制闸门控制作用下全封闭内湖水系水体交换情况的研究较少。本文选用Mike21软件包中的Flow ModelFM模块建立数值模型，采用该模块中的亚网格尺度结构物中的 “gate”结构模拟闸门，将位置设定在设 计闸门位置，通过设定控制参数来控制开关；而且该工程内湖水系错综复杂 ，蜿蜒曲折 ，相互联通对网格尺 度和质量要求较高，采用三角形非结构网格划分计算水域 ，对复杂水系的网格进行局部加密，保证计算精度 的同时可以提高计算效率；另外工程所在海域水动力条件复杂，潮流流向在一个潮周期内多次转向，潮流有 涨潮东流和西流、落潮东流和西流4种流态，对引排水闸门的功能和布局影响较大。本文使用所建立数值模 型开展节制闸门控制下人工岛内湖水系水体交换数值模拟，优化人工岛内湖水动力条件、节制闸门的位置 和数量，满足人工岛功能需要。 1 数学模型 1．1 水动力模型 考虑Boussinesq和静水压力假定，基于求解沿水深积分的二维不可压缩雷诺时均Navier—Stokes方程和 连续方程建立数值模型。 连续方程 + 煎 + ：hS (1) Ot Ox a 、～ 动量方程 + 警+等 一 一去 一 … Tb x + 一 P 一P 0p0(＼Ox+鲁dJ]+旦Ox…()+dy、()+5 — o + + 警 一g一hOp,,一gh20p lb y + 一 一 上~f 1+立 Ox + O (xyl、+旦Oy( )+ ．s 0 Po Ox 一 ， ～ P P Ox y) 式中：h=rl+d，叼和d分别表示水面高度和静水深；表示时间；g表示重力加速度；和 分别表示沿 和Y方向 的水深平均流速；f=2[1sin~o表示柯氏力系数(Q表示地球绕地轴旋转的角速度，表示地理纬度)；s，s，s和 表示辐射应力分量；表示大气压力；Jl口表示流体密度；表示参考密度；5表示点源流量 与 表示点源流 速；表示应力项，包括粘性应力、紊流应力和差动平流等，根据沿水深平均流速的梯度计算。 =2A署 (4) =A等【+赛J (5)