複雜動力作用下水庫中物質輸運的時空回響機制研究

《複雜動力作用下水庫中物質輸運的時空回響機制研究》是依託大連理工大學,由沈永明擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複雜動力作用下水庫中物質輸運的時空回響機制研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：沈永明

項目摘要

本項目以研究風、浪、流、熱作用下水庫中物質輸運的時空回響機制為目標。首先，建立基於非結構格線的參數化表面波浪模型，使之與非結構有限體積水流數值模型進行雙向耦合，波浪模型向水流模型提供有效波高、波周期、波向等波要素，水流模型向波浪模型提供流速及波周期平均水面。在動量方程中引入浮力、表面風應力、輻射應力以及波流摩阻力的作用；在熱輸運方程中引入太陽短波輻射、大氣長波輻射、水面長波輻射、蒸發和熱傳導等因素對水溫的影響。在此基礎上，全面考慮風、浪、流、熱以及入庫徑流的影響，對水庫的水流結構、水體滯留時間和水體水齡分布進行模擬，並通過粒子追蹤對水流結構進行系統研究，分析各種動力因素對水庫水流結構、水體滯留時間、水體水齡分布以及物質輸運過程的影響。分析水庫的污染承載能力，結合地理信息系統進行直觀的可視化分析。為水庫環境規劃與管理以及污染控制和治理提供科學依據和可靠手段，具有重要的科學意義與套用價值。

結題摘要

本項目以研究風、浪、流、熱作用下水庫中物質輸運的時空回響機制為目標。首先，建立了基於非結構格線的表面波浪模型，使之與非結構有限體積水流數值模型進行雙向耦合，波浪模型向水流模型提供有效波高、波周期、波向等波要素，水流模型向波浪模型提供流速及波周期平均水面。在動量方程中引入浮力、表面風應力、輻射應力以及波流摩阻力的作用；在熱輸運方程中引入太陽短波輻射、大氣長波輻射、水面長波輻射、蒸發和熱傳導等因素對水溫的影響。在此基礎上，全面考慮風、浪、流、熱以及入庫徑流的影響，對水庫的水流結構、水體滯留時間和水體水齡分布進行了模擬，並通過粒子追蹤對水流結構進行了系統研究，分析了各種動力因素對水庫水流結構、水體滯留時間、水體水齡分布以及物質輸運過程的影響。分析了水庫的污染承載能力，結合地理信息系統進行直觀的可視化分析。為水庫環境規劃與管理以及污染控制和治理提供科學依據和可靠手段，具有重要的科學意義與套用價值。研究成果在《Frontiers of Earth Science》、《Acta Oceanologica Sinica》、《海洋學報》以及《水力發電學報》等學術期刊上發表了標註國家自然科學基金項目（51279023）資助的期刊論文11篇，論文被SCI收錄3篇、EI收錄2篇。培養畢業了碩士研究生6名，開展了國際合作和學術交流。