二维潮流泥沙数值模拟及可视化研究

及 深入 地 系统研 究 二维 水 沙运动 基本 规律 ． 是 建
象． 并 利 用 数 值 计 算 进 行 近 似 求 解 以复 演 某 种 自 然 或人 工 过程 这些 在严 世 强． 熊德 琪 Ｉ ｌ ｌ 对潮 流 数 值 模拟 研究 进展 中均有所 提及 。与物 理模 型相 比。
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吉林 水利
二 维 潮流 泥沙 数值 模 拟及 可视 化研 究
朱嘉 玲等 ２ ０ １ ３年 １ Ｏ月
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Ｏ ｈ＋ 生 ＋ 生 ： ０
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计 算 区域 内 的任 意位 置 及相 应 模拟 时 间段 以 内 的 任意 时刻进 行 潮 流及 泥 沙 运动 复演 ．同时 还 可对 港 口、 航道 、 围垦 、 码 头 等水 利 及 海 洋 工 程 实 施 之 后 的潮 流及 泥 沙 运 动进 行模 拟 研究 。 主界 面分 为
第 １ ０期 （ 总第 ３ ７ ７期 ）
［ 文章编号］１ ０ ０ ９ — ２ ８ ４ ６（ ２ ０ １ ３ ）１ ０ — ０ ０ １ ０ — ０ ６
吉 林 水 利
２ ０ １ ３年 ｌ ０月
二维 潮流 泥 沙数 值 模 拟 及 可 视 化 研 究
朱嘉 玲 ．石 然 ２ １ ０ ０ ０ ９ ） （ 河海 大学 港 口海岸 与近 海工程 学院 ，江 苏 南京
是 二 维 泥沙 数 学模 型 问题 至 今 尚未 能很 好 地 解 决 有 两 点 重要 原 因 ．其 一是 由于 泥 沙运 动 规 律极 为 复 杂 ．对 冲积 河道 的水 流 和泥 沙运 动 规 律 认 识 不
足， 很 多 问题 ， 诸 如输 沙 率 、 阻 力 等 问题 ， 均 没 有 较 好 地 解 决 现 有 的二 维 泥沙 数 值 模 拟大 都 是 直 接 引用 一 维计 算 公 式 ．对 于 这样 做 是 否适 合 很 少 涉
［ 摘 要 ］本 研 究在 以往 研 究 成 果 基础 上 ， 以 水 动 力 学基 本 理 论 与 软 件 工 程 理 论 相 结 合 ，研 究 开发 了以 Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｂ ａ ．
ｓ ｉ ｃ编 程 语 言 为依 托 的 二 维 潮 流 泥 沙 数 值 模 拟 及 可视 化研 究模 型 ， 共 分 为三 个相 互 连 接 的界 面 ， 实现 了潮 流 泥
立 二 维 泥沙 数 学模 型 的主要 任 务 之 一 其 二 是 由 于河 道 边 界极 不 规 则 ．在 计算 中要 求 划分 的 网格 较密 ． 所需 计 算量 及 贮 存量 太 大 ． 目前 常 用 的有 限 差 分法 及 有 限元 法 难 以较 好 地 解决 这 一 问 题 寻 找 计算 量 及 计算 贮 存 量较 小 且适 用 于不 规 则 河道 边 界 的计 算 方法 ．是 二维 泥 沙 数学 模 拟 急 待解 决
的问题 。
数值模拟具有经济 、 快速 、 修 改方 便 等 优 点 ， 并 且
不 受 比尺 的限制 ． 已广 泛应 用 于解 决 各种 海 岸 、 河 口动力 问题 的研 究． 如 河 口整 治工 程 、 环境 保 护工 程 等 此外 ． 还可 以用 来揭 示 许 多海 岸 、 河 口物理 现象， 例如 ： 通 过潮 流 、 泥 沙数 值模 拟 ， 可 了解 水质 点在 任 意 时刻 的流 速 、 流 向和 水 量 的输送 、 湍 流 的 强 度 以及 涡旋 、环 流状 况 和泥 沙 输 移 以及 底 床 变 化等。
环境 模 型界 面层 次 清晰 ． 同时对各 方 案 的计算 结 果 进行 直 观 、 动态 显示
四个 因素 ： ｆ １ ）人 类 生产 活动 和 发展 的需 求 ： （ ２ ） 计 算 数 学 的发 展 ， 即提供 控 制方 程 更 多 、 更方 便 的离
散 求 解方 法 ： （ ３ ） 计算 机 ｃ ｐ ｕ 、 内存 、 运 算 速度 、 图像 制 作 技 术 等 的发展 ； （ ４ ） 河流 海 洋 资料 的测 量 精准
潮 流 与泥 沙数 值 模 拟 的不 断发 展取 决 于 以下
模 拟 开发依 托 Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ 技术 平 台 ． 采用 Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ
Ｂ ａ ｓ ｉ ｃ编程语 言 进行 可视 化 程序设 计 ．是 一个 集 输
入、 输出、 计算、 结 果 显 示 等 功 能 为 一 体 的 可 化效 果 图显 示 ，操 作 简便 ，可 运 用 性 强 。 ［ 关键 词 ］二 维 ；泥 沙 ；数 值 模 拟 ；可视 化 ；ｖ ｂ
［ 中 图分 类 号 ］， Ｉ Ｔ ｖ １ ４ ９
［ 文 献 标识 码 ］Ａ
与 进展 及 河 口水 动 力 泥 沙数 值模 拟 进 行 总 结 但
［ 作 者 简 介 ］ 朱 嘉玲 （ １ ９ ９ ２ 一 ） ， 女， 江 苏 宜 兴人 ， 本科 专业 ： 港 口航 道 与 海 岸 工 程 。
［ 基 金 项 目 ］ 国 家创 新 训 练 项 ２ ０ １ ２ ０ ５ ｘ ｅ ｘ ０ ２ ９ ］项 目名 称 ： 二 维 潮 流泥 沙数 值 模 拟 及 可视 化 研 究 。
度。
２ 基 本 原 理
平 面 二维 潮 流泥 沙 数 值模 拟 所 依 据 的基 本 方 程 可归结 为 ：
水 流连 续方 程 式
现今 ． 国 内外很 多学 者对 此 展 开 研究 ． 李 孟 国
ｌ ２ １
、
曹 祖德【 ， 】 等 分别 海 岸河 口潮 流 数值 模拟 的研 究
［ 收 稿 日期 ］２ ０ １ ３ — ０ ５ — ２ １
１ 概 述
潮流与泥沙数值模拟始于 ２ ０世 纪 ６ ０年 代 ． 是一 门新兴 的综 合 性模 拟 技 术． 它 以流 体 力学 、 泥 沙 动 力 学 以 及计 算 数 学 等 学 科 为 基 础 ． 结 合 具 体
工程技术． 通 过 采 用 数 学 模 型 来 模 拟 某 种 物 理 现