滩海构筑物与海洋环境相互作用的数值模拟分析
海洋环境数值模拟在海洋工程专业研究生教育中的应用
海洋环境数值模拟在海洋工程专业研究生教育中的应用【摘要】海洋环境数值模拟在海洋工程专业研究生教育中的应用是当前海洋工程领域的研究热点之一。
本文首先介绍了海洋环境数值模拟的基本原理，然后深入探讨了该技术在海洋工程专业课程、科研项目、研究生实践教学以及毕业设计中的应用。
通过对海洋环境数值模拟技术的全面应用，可以帮助研究生更好地理解和掌握海洋工程相关知识，提高他们的研究能力和实践技能。
海洋环境数值模拟为海洋工程专业研究生教育提供了重要支持和帮助，对于培养高水平海洋工程人才具有重要意义。
海洋环境数值模拟技术在海洋工程领域有着广阔的前景和发展空间，将为海洋工程领域的未来发展贡献力量。
【关键词】海洋环境数值模拟、海洋工程、研究生教育、基本原理、课程应用、科研项目、实践教学、毕业设计、支持、前景、发展1. 引言1.1 海洋环境数值模拟在海洋工程专业研究生教育中的应用海洋环境数值模拟可以帮助学生深入理解海洋环境系统的复杂性和变化规律。
通过模拟海洋环境中的流体运动、海洋波浪、海底地质结构等参数，学生可以掌握海洋工程中涉及的物理、化学、地质等多方面知识，提升学习的深度和广度。
海洋环境数值模拟还可以帮助学生培养解决实际问题的能力。
在海洋工程专业课程中，通过模拟不同海洋环境条件下的工程场景，学生可以学会运用数值模拟技术分析和解决实际工程问题，提高工程设计和方案优化的能力。
海洋环境数值模拟在海洋工程专业研究生教育中的应用不仅可以提高学生的理论水平和实践能力，还可以促进海洋工程领域的科学研究和技术创新。
随着海洋环境数值模拟技术的不断发展和完善，相信在未来的海洋工程教育中将发挥越来越重要的作用。
2. 正文2.1 海洋环境数值模拟的基本原理1. 海洋动力学模型：海洋环境数值模拟的基础是建立海洋动力学模型，通过数学方程描述海洋中的流体运动规律。
其中包括流体的运动方程、连续性方程以及动量方程等。
这些方程描述了海洋中流体质点的运动轨迹和速度分布，是海洋环境数值模拟的核心。
海啸在滩面上传播的数值模拟
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方向的阻力项；Ｓ。。、Ｓ‰分别为Ｘ、Ｙ方向的底坡项。
（１）
式中：．厂为分子分布函数；“、ｖ分别为分子在Ｘ、Ｙ方向的分子速度；妒为外力作用项，这里考虑非平底引 Ｓ扛、Ｓ矗分别为工、Ｙ
１ ２
祝会兵，于颖，戴世强．海啸数值计算研究进展．水动力学研究志进展，２００６，２１（６）：７１４—７２３．
Ｘｕ Ｋｕｎ．Ｇａｓ．ｋｉｎｅｔｉｃ ｓｃｈｅｍｅ
ｆｏｒ ｕｎｓｔｅａｄｙ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅ ｆｌｏｗ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ．２９ｔｈ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ．Ｖｏｎ Ｋａｒｍａｎ
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图４海啸在滩面上遇桥墩后的变形（仁２．５ｓ）
第十三届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集
２４５
ｘ｜ｍ
图５海啸在滩面上遇桥墩后的流场
４结语
本文应用基于Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方程的ＫＦＶＳ格式模拟了海啸在滩面上传播变形以及海啸遇桥墩后的变形过 程，计算结果与水槽试验资料符合较好，为以后模拟实际海啸在海岸带上的传播变形、对海岸建筑物的作 用以及海啸风险评估奠定了基础。 参考文献：
将（１）式乘以（１，／，／，Ｖ ７，并对分子速度空问积分，则有
ｄＥ．ａＦ ａＧ
百＋ｉ＋百２
式中
３
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第十三届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集
２４３
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海洋工程技术中的海洋环境模拟研究
海洋工程技术中的海洋环境模拟研究随着经济的快速发展，对于海洋资源的开发越来越广泛，海洋工程技术的应用也越来越广泛。
在海洋工程技术中，海洋环境模拟研究是一个非常重要的领域，它对于海洋工程技术的实施和成功具有至关重要的作用。
海洋环境模拟研究是通过各种数学统计和物理学方法，对海洋环境进行全面的模拟和分析。
通过这种研究，可以对海洋环境的变化、演化进行深入追踪，进而为海洋工程技术提供有效的决策支持。
其主要目的是为了预测海洋环境对于海洋工程项目的影响，如设计和航线解析，预测污染输送，深海钻探等。
在海洋环境模拟研究中，采用计算机数值模拟的方法，可以更好地提高研究的准确性，使得模型的分析更加科学、精确。
这种研究方法不仅可以加速研究进程，同时还能够减少研究成本，对于海洋工程的实验研究起到了积极的促进作用。
海洋工程技术的应用范围非常广泛，主要包括海上油气开采、海冰工程、海上建筑、海洋风电、海岸防护等。
当海洋环境模拟研究在这些领域的应用变得更加广泛时，也促进了海洋工程技术向更深层次的发展。
在海洋环境模拟研究中，需要针对不同的海洋环境因素进行研究，这些因素包括海洋气象、水动力学、海底地形、海水温度等多个方面。
不同的因素之间也存在一定的相互作用，因此需要对这些因素进行整体的分析和研究。
例如，“几何区域法”就是一种相对比较成熟的研究方法，该方法可以应用于整个海域范围内的海洋环境研究，可以非常准确地模拟台风、海浪等环境变化对海面高度和水位的波动，以及引起的暴洪和海洋气候变化等其它现象。
海洋环境模拟研究在海洋工程技术的实践中已经证明了其重要性和作用。
通过研究海洋环境和因素过程，可以更好地制定实施方案，以便实现安全、高效的海洋工程技术应用。
因此，未来的环境模拟研究将继续发挥着重要的作用，在推动海洋工程技术的发展方面发挥更为积极的作用。
总之，海洋环境模拟研究将在未来的海洋工程技术研究中发挥越来越重要的作用。
我们需要进一步加强研究力度，提升技术水平，不断开发新的模型和算法，以便更好地应对海洋环境变化和挑战，为实施海洋工程项目提供强有力的技术保障。
流沙湾海域潮汐潮流的三维数值模拟和海域环境容量研究_张静
收稿日期：2012-03-31；修订日期：2012-07-10基金项目：海洋公益性行业科研专项（200905005-05，201105008-E ）；广东省自主创新重大科技专项（2007A032600004）。
作者简介：张静（1977-），女，博士，副教授，主要从事海洋环境科学、近岸海域环境数值模拟研究。
电子邮箱：zjouzj@ 。
通讯作者：孙省利，博士，教授。
电子邮箱：xinglsun@ 。
Three-dimensional numerical simulation of tide and tidal currents in Liusha Bay and the study on its sea environmental capacityZHANG Jing 1，LIU Yu 2，MA Zhi-hua 3，SUN Xing-li 4（1.Fishery College ，Guangdong Ocean University ，Zhanjiang 524025，China ；2.College of Marine and Engineering ，Tianjin University ofScience and Technology ，Tianjin 300457，China ；3.National Marine Data and Information Service ，Tianjin 300171，China ；4.MonitoringCenter for Marine Resources and Environment ，Guangdong Ocean University ，Zhanjiang 524025，China ）Abstract ：Through a coordinate transformation and a reasonable arrangement for the calculation area ，a three-dimensional numerical simulation of tide and tidal currents in Liusha Bay was done by using the POM model coupling with an improved wetting and drying scheme.The computed results agreed well with the observed ones.The results showed that ：the tide of Liusha Bay was a normal diurnal ，the tide movement was reciprocating with a rotating flow ，the time of flood was longer than that of ebb and the ebb velocity was greater than that of the flood ，and the residual currents were strong and in the direction towards the outer bay.At the same time ，a vertical averaged ，two-dimensional convection-diffusion equation was used to simulate the changes of the pollutant concentrationss.The environmental capacity results showed that under the condition of the national water quality standard of class Ⅱ，the environmental capacity and the exchange rate were about 906t/a and 78%respectively for COD ；105t/a and 97%for DIN ；11t/a and 97%for PO 4-P.The water quality was fine ，and the water self-purification was so strong that the exchange capabilities for various pollutants were larger.Taking consideration of water quality ，hydrodynamic condition and capacity results ，it can be concluded that the water quality in Liusha Bay is流沙湾海域潮汐潮流的三维数值模拟和海域环境容量研究张静1，刘玉2，马志华3，孙省利4（1.广东海洋大学水产学院，广东湛江524025；2.天津科技大学海洋科学与工程学院，天津300457；3.国家海洋信息中心，天津300171；4.广东海洋大学海洋资源与环境监测中心，广东湛江524025）摘要：将改进的干湿网格技术引入到POM 模型中，通过坐标变换，合理安排计算区域，对流沙湾海域的三维潮流场进行了数值模拟。
心滩守护工程之航道水沙特性数值模拟分析.doc
心滩守护工程之航道水沙特性数值模拟分析1概述1.1研究意义心滩（潜洲）是河心凸出床面的水下游积体，一般低于平滩水位的河心滩体称为心滩，而高于平滩水位的则称江心洲，心滩往往是高大完整的江心洲雏形。
不论是顺直型、弯曲型、分汊型和游荡型中的任何一类河流，在水流流速减缓区均可能出现心滩游积体，如长江中下游的河段中普遍存在心滩和江心洲。
心滩因孤立于河心往往使得中枯水的水深不能满足航道通航水深要求。
实践表明，当心滩形态完整稳定时，往往可为航道提供稳定的导流边界，是航道稳定畅通的基础；而当心滩滩体不稳定（心滩下移或被冲散）时，又将直接影响到航道尺度的稳定，受冲下移的心滩泥沙将输移到航道内使得航道内水深不能满足通航要求，同时被冲散的心滩滩面因窜沟多、水流分散，也将引起航槽位置的不稳定或者航道通航水深的不足。
长江中下游重点碍航浅滩普遍存在有边滩、心滩及江心洲头低滩等，当洪水期间，心滩就增大游高，顶部覆盖了悬移质泥沙，发展成经常露于水面之上的江心洲，又称沙岛。
江心洲比较稳定，但通常由于洲头不断冲刷，洲尾不断游积，整个江心洲很缓慢地向下移动。
由于心滩和江心洲的发展，使河道分汊，河床不稳定。
在一定的条件下边滩和心滩可以互相转化，它们也都可能发展成河漫滩的一部分。
长江中下游典型心滩主要有太平口水道的三八滩⑷、藕池口河段的倒口窜心滩[5]、嘉鱼-燕子窝水道的燕子窝心滩[6]、武穴水道的鸭儿洲心滩[7]、东流水道水道的老虎滩[8]等等，这些心滩往往位于河道中心，演变频繁，滞洪碍航，整治难度较大，是水利和航道部门共同关注的焦点。
多年来，航道工作者们积极探索对存在心滩的重点碍航浅滩整治方法，主要是利用护滩整治建筑物对已有的滩体进行保护或使其往有利的方向演变，以达到保护江岸大堤和稳定主航槽的目的。
目前现有的护心滩结构大致分为三类[9]:散抛块体护滩、现体护滩、软体排护滩带护滩。
散抛块体护滩主要指的是抛石护滩，即在滩面上散抛50?80cm左右的块石进行护滩，它主要用于水深较小（一般小于3m)、流速不大（一般小于1.5ni/s)、河床变形较缓慢、地质条件较好的河段，如卵石滩或砂卵石滩，近年来水利部门多有应用；现体护滩主要指通过建设坝体或现体群达到护滩的效果，现体形式有丁现、顺现、锁现、潜琐等，现体护滩主要在黄河、闽江、西江等河流整治中应用，长江上也有应用，根据资料表明近年来现体的水毁现象非常严重；软体排护滩（护滩带）是一种新型的航道整治建筑物，其主要作用是保护较为高大完整的边滩、心滩在水流作用下免遭破坏，进而达到稳定枯水航槽的目的。
海洋水动力的数值模拟
海洋水动力的数值模拟海洋水动力数值模拟是一种利用计算机模拟海洋水动力过程和现象的方法。
它通过数学模型和数值计算方法，模拟海洋中的流体运动、海洋中的物质输运和能量传递等过程，以实现对海洋系统的动力学行为和变化规律的研究。
海洋是地球上最广阔的水域，其水动力过程与人类的生存和发展密切相关。
海洋水动力的数值模拟可以帮助我们理解和预测海洋环境的变化，对海洋工程、海洋资源开发利用、海洋环境保护等具有重要意义。
海洋水动力数值模拟的基本原理是通过将海洋系统的动力学方程离散化，建立数值模型，并利用计算机进行数值计算。
数值模型通常包括动力学方程、状态方程和边界条件等。
动力学方程描述了海洋中流体的运动规律，通常采用Navier-Stokes方程组。
状态方程描述了海洋中的物质输运和能量传递过程，通常采用扩散方程和能量方程。
边界条件则是模拟区域的边界上的约束条件，通常包括海洋表面和底部的边界条件。
海洋水动力数值模拟的核心是数值方法的选择和求解。
目前常用的数值方法有有限差分法、有限元法和谱方法等。
这些方法通过将连续的动力学方程离散化为离散的代数方程，并采用迭代算法求解，得到海洋系统的数值解。
数值模拟的结果可以反映海洋系统在时间和空间上的变化规律。
海洋水动力数值模拟的应用非常广泛。
例如，它可以用于研究海洋环流的形成机制和运动规律，揭示海洋中的涡旋、边界流和大尺度环流等现象；它可以用于模拟海洋中的潮汐、风浪和风暴潮等海洋灾害的发生和演化过程，为海洋灾害预警和防灾减灾提供科学依据；它可以用于研究海洋中的物质输运和生态环境变化，预测海洋污染物的扩散和生态系统的演变。
然而，海洋水动力数值模拟也面临着一些挑战和困难。
首先，海洋系统是一个复杂的非线性系统，模拟过程中需要考虑多种物理过程和相互作用。
其次，海洋系统的时空尺度巨大，模拟区域通常需要跨越多个尺度，需要合理选择模拟区域的范围和分辨率。
此外，海洋水动力数值模拟还需要大量的计算资源和高性能计算平台的支持，以保证模拟结果的准确性和可靠性。
海洋环境数值模拟在海洋工程专业研究生教育中的应用
海洋环境数值模拟在海洋工程专业研究生教育中的应用
海洋环境数值模拟可用于对海洋工程项目的环境影响进行评估。
在海洋工程项目的规
划和设计之前，需要对项目所处的海洋环境进行评估，包括海洋水动力学、波浪、海流等，以及海洋生态系统的分布和生态灾害的风险等。
通过海洋环境数值模拟，可以对这些因素
进行定量分析和预测，为工程的可行性研究提供科学依据。
在海洋风力发电项目的规划过
程中，通过对风力资源和海洋水动力学的数值模拟，可以确定最佳的风力发电机布局和机
组容量，从而提高工程的经济效益和可靠性。
海洋环境数值模拟在海洋工程专业研究生教育中发挥着重要的作用。
通过对海洋环境
的定量分析和预测，可以为海洋工程的规划、设计、施工和运维提供科学依据，提高工程
的可行性、可靠性和安全性。
海洋环境数值模拟已成为海洋工程专业研究生必备的技术和
工具。
【精品课件教案PPT】 大洋环流和海气相互作用数值模拟23页PPT
拟
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
谢谢！
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
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第３ ５ 卷第 １ ２ 期 （ ２ ０ １ ６ ． １ ２ ）行 业 论 坛
滩 海 构 筑 物 与海 洋 环 境 相 互作 用 的 数值 模 拟 分 析
尹 志 清
摘 要 ： 随 着滩 海 油 田海 上 石 油开 发 的 不 断发展 ，滩 海 陆岸 的设 施 日益 增 多 ， 由于 滩 海
处 于 海 洋 与 陆 地 过 渡 带 的 特 殊 地 理 环 境 ， 在 滩 海 地 区 进 行 工 程 建 设 ， 海构 筑物 ；海 洋 环境 ；潮 流场 ；泥 沙 冲淤 ；数值模 拟
Ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ － ６ ８ ９ ６ ． ２ ０ １ ６ ． １ ２ ． ０ ０ ３
Ｎｕｍ ｅｒ ｉ ｃａｌ Ｃａｌ ｃｕｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ Ａｎａｌ ｙｓｉ ｓ ｏｆ ｔ ｈｅ Ｉ ｎｔ ｅｒ ａｃ ｔ ｉ ｏｎ Ｂｅｔ ｗｅ ｅｎ ０ｆ ｆ ｓ ｈｏｒ ｅ Ｃｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ－ ｔ ｉ ｏｎ ａｎｄ Ｍ ａｒ ｉ ｎｅ Ｅｎｖｉ ｒ ｏｎｍ ｅｎｔ
动 力特 征进 行 深入研 究 ；另外 滩 海 构 筑物 的 建设 导 致 海域 周 围潮 流场 变化 ，影 响 构 筑
物 周 边 泥 沙 的 运 移 ， 因 此 开 展 滩 海 构 筑 物 与 海 洋 环 境 相 互 作 用 的 研 究 对 滩 海 工 程 开 发
建设 具 有重 要 意 义 。基 于水 动 力一生 态耦 合 模 型 Ｃ ＯＨＥ ＲＥ ＮＳ ，修 改并 完善 了三 维水 动
ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏｎ ｍｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｅ ｐ ｌ ｙ ． Ｏｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｈ ａ ｎ ｄ． ｔ ｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｅ ａ ｒ ａ ｎ ｃ ｅ ｏｆ ＂ Ｃ Ｏｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏｎ ｗｉ ｌ ｌ ａ ｆｅ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｍａ — ｒ ｉ ｎｅ ｄ ｙ ｎａ ｍｉ ｃ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏｎ ｍｅ ｎｔ ， ｔ ｈ ｅ ｌｏ ｆ ｗ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｌ ｔ ｍｉ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ ａ ｒ ｏｕｎ ｄ ｔ ｈｅ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， ｓ ｏ ｉ ｔ ’ Ｓ ｉ ｍ ｐｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｔ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄｙ ｔ ｈｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｏ ｆｓ ｈｏ ｒ ｅ ｃ ｏｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ ｍａ ｒ ｉ ｎｅ ｅ ｎｖ ｉ ｒ ｏｎ —
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力 与 悬 沙耦 合 数 值模 型 ＣＯＨ Ｅ ＲＥ ＮＳ － Ｓ Ｅ Ｄ，并 利 用该 模 型 对 某滩 海 陆 岸 井 台及 进 海路
工程 建 设 前后 的潮 流 场 和 泥 沙冲 淤 变化 特征 进 行 了模 拟 分 析 。结 果表 明 ，该数 值 模 型
可 以较 好 地 分析 滩 海 构 筑物 与 海 洋 环境 的 相互 作 用 ，为 滩海 构 筑 物 的 开发 建设 提 供 了