一种纯隐格式在近海潮流数值模拟中的应用.pdfVIP

第29卷第 5期 水 道 港 口 Vo1．29 No．5 2008年 10月 JournalofWaterwayandHarbor 0ct．20o8 一 种纯隐格式在近海潮流数值模拟中的应用 方神光，陈 纯，刘 涛 (交通部天津水运工程科学研究所 工程泥沙交通行业重点实验室，天津 300456) 摘 要：为分析纯隐格式的混合有限分析法在工程实际应用中的可行性 ，文章采用二维近海区域浅水数 学模型，应用 f0rtmn语言和该数值离散方法编写了二维潮流场数值模拟程序，并将冻结法与ADI数值模 式中的干一湿网格判别标准结合起来有效地处理了计算区域的浅滩。选取湛江湾为例，对其潮流场进 行了数值模拟计算 ，通过与已有的潮位及流速测站的实际测量值进行比较分析 ，显示采用的数学模型及 混合有限分析离散方法能准确有效地模拟实际流态 ，效果较好，结果准确可信，显示该隐格式方法值得 在工程实际应用中推广。 关键词：}昆合有限分析法；数学模型；潮位；流速 ． 中图分类号：O242．1；P731．23 文献标识码：A 文章编号：1005—8443(2008)05—0305—05 随着港 口海岸工程技术近年来的快速发展，近海潮流数学模型和计算方法得到了极大的发展和应用，典 型的如在河流、湖泊和海洋数值模拟中广泛使用的近海二维浅水数学模型…1。近海潮流实际上是一种三维 运动，水深较小，与流场水平尺度为几百乃至上千公里的区域相比，采用二维潮流数学模型也能有效地模拟 其运动流态。同时各种数值计算方法也不断涌现，如按网格形状划分有三角形 【I3J、矩形_4J、四边形l5j等；按 计算格式分有显格式_6j、半隐半显格式(ADI)I7J以及纯隐格式_8I9J。针对这些数学模型和方法，李孟国和曹 祖德l10J对海岸河 口数值模拟进行了详细的总结和评述。工程实际问题中，在精度要求不高且有时间期限的 情况下，普遍采用显格式或半隐半显的ADI方法，而纯隐格式大多应用在对精细问题的理论研究中，研究周 期都较长。目前，随着计算机速度的不断提高、内存的增大以及纯隐计算格式的不断改进，同时工程技术不 断的发展和对数值模拟精度要求的提高，可以预见，精度和可信度更高的纯隐格式在工程实际中将会得到越 来越多的重视和使用 。 混合有限分析法(HybridFiniteAn~yticMethod)是由李炜_9J于 2O世纪 90年代初提出的一种纯隐格式的 数值计算方法，该方法在陈景仁_8j提出的有限分析法(FAM)思想的基础上，将精确差分格式与非定常项的差 分处理结合起来，建立一种混合有限分析格式。该数值方法保持了有限分析法的优点，同时避免了有限分析 法中无穷级数带来的不便，在大量的理论和应用研究领域中已被槐文信_1卜J、方神光l1J等所证实其计算结 果准确、有效、精度高。为验证该方法在工程实际应用中的准确性和有效性，本文选取存在岛屿、浅滩以及复 杂地形边界的湛江海域，采用近海区域二维浅水数学模型和混合有限分析法 (HFAM)，将冻结法与ADI数值 模式中的干 一湿网格判别标准结合起来有效处理了计算区域的浅滩，采用 f0rtran语言编写的计算程序对该 海域的潮流场进行了数值模拟计算，并与实际测量结果进行了对 比验证和分析 。 1 数学模型 本文采用根据 N—S方程推导建立的二维浅水数学模型，具体形式如下 收稿 日期：2008—05—16； 修回日期：2008—07—07 基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项 目(TKS070212) 作者简介：方神光(1978一)，男，湖北省监利人，博士，副研究员，主要从事环境水动力学研究。 Biography：FANGShen—guang(1978一)，male，associatepro~ssor． 306 水 道 港 口 第29卷第5期 a(VH)