近岸波浪破碎区污染物运动的数值模拟-中国工程科学.PDFVIP

近岸波浪破碎区污染物运动的数值模拟 唐　军，沈永明，邱大洪 （大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连 １１６０２３） ［摘要］　波浪斜向近岸传播中由波浪破碎作用所引起的近岸波流体系是近岸非常重要的环境水动力因素， 对该区域污染物的运动分布起着重要的影响作用。 结合近岸波浪传播的抛物型缓坡方程、近岸波流场数学 模型及污染物在近岸波流作用下运动的数学模型，对近岸斜向入射波浪破碎所产生的沿岸波流场中污染物 的分布运动过程进行了数值模拟，并结合实验结果对数值模拟结果进行了分析验证。 ［关键词］　抛物型缓坡方程；波浪破碎区；辐射应力；沿岸流；污染物 ［中图分类号］　ＴＶ１３９．２；Ｘ１４３　［文献标识码］　Ａ　［文章编号］　１００９－１７４２（２００７）１２－００６３－０６ 的影响作用，波浪会发生折射、绕射等各种效应，致 1　前言 ［６］ 使波浪传播方向不易确定，郑永红等 从波浪辐射 随着沿海经济的快速发展，愈来愈多的工业和 应力定义出发，将辐射应力和抛物型缓坡方程中的 生活污染物被排入了沿海海域，给近岸海域带来了 待求变量直接联立起来计算笔者基于近岸抛物型缓 严重的污染，近海海域环境明显下降，对沿岸人类的 坡方程、近岸波流场数学模型和污染物在波流作用 生产、生活活动造成了很大负面影响。 近岸海域的 下中运动的数学模型对污染物在近岸波流场中的运 环境直接影响到沿海经济的开发与建设，近海水域 动分布过程进行了数值模拟。 通过和实验结果的比 的污染已成为沿海国家和城市所共同关注的环境问 较对数值模型进行了分析验证。 题［１］ 。 同时近岸海域是各种水动力因素最复杂的 2　数学模型 地区之一，特别是平缓海岸，波浪在向近岸传播的过 程中，随着水深的变浅，波浪会发生折射、反射、绕射 在近岸缓坡区域，二维平面波浪传播的抛物型 以及破碎等作用，其中由波浪破碎作用引起的近岸 缓坡方程、近岸波流场数学模型及波流作用下污染 波流体系对近岸污染物的运动起着非常重要的影响 物运动的数学模型可分别由如下方程来描述。 作用。 为了治理和保护近岸环境，就要以近海各种 2．1　抛物型缓坡方程 动力因素的运动规律为基础，分析并揭示污染物在 在假定波浪沿某一主方向传播且忽略波浪沿主 近岸各种复杂环境动力条件下的运动规律。 传播方向反射作用的基础上，Ｋｉｒｂｙ［２］ 提出了如下适 由于近岸缓坡区域通常水深较浅，水体的垂向 用于近岸缓坡区域波浪传播的抛物型缓坡方程，如 尺度远小于其水平尺度，水体中污染物沿垂向很快 果考虑波浪的破碎效应，方程形式为 混合均匀，可将近岸水体和污染物在近岸的运动简 抄A １抄Cｇ b１ 抄２ 抄A 化为二维平面运动。 国内外许多学者在近岸波流体 Cｇ 抄x ＋ E′＋２ 抄x A －ωk 抄x抄y CCｇ 抄y ＋ 系方面做了大量研究工作［２～１０］ ，并取得了大量研究 抄 抄A F′ CCｇ ＝０ （１） 成果。 考虑到波浪向近岸传播的过程中，由于地形 抄y 抄y ［收稿日期］　２００６