篇名

海湾污染物迁移扩散模型的数值实验研究
作者
张学斌
关键词
 
摘要
  随着沿海地区经济的高速发展,大量的海洋排污使得部分海域环境质量恶化,海洋生态环境遭到破坏,海洋环境质量有所下降。近些年来,人们环境意识不断加强,开始逐渐关注海洋环境问题了。另一方面,随着计算机技术和数值模拟技术的发展,海洋环境数值模拟技术也日趋成熟,已被广泛应用。采用数值模型来模拟海洋环境中污染物的迁移和扩散规律,从而对海洋环境的水质进行预报或评估,在上述背景下,也越来越受到重视。
  而对流-扩散方程能够对海洋环境中污染物的迁移扩散过程进行描述,因而问题就转化成对该对流-扩散方程的求解。与流体动力学中的欧拉和拉格朗日观点相对应,在求解上述对流-扩散方程时,同样存在着欧拉方法和拉格朗日方法,欧拉方法主要优点是在一个固定的参照系中研究问题,易于离散方程,计算比较简单,但许多的欧拉格式不可避免地出现伪物理效应,如数值耗散和数值频散,而且欧拉方法往往显示不出流体的流动特性。而拉格朗日方法则是以跟随流体微团运动的观点来建立模型,更符合流体流动的本性,当应用于污染物迁移扩散过程研究时,可避免对流项的处理,因而与对流项处理相关的许多数值计算方面的缺点或缺陷也随之避免了,但在该方法中,必须处理随流体运动而不断变形的参照系或网格。而欧拉-拉格朗日方法结合了欧拉方法和拉格朗日方法,也有其独到的一面。简单的说:欧拉方法的本质是在固定点考察某参量的时序变化,而欧拉-拉格朗日方法和拉格朗日方法是采用跟踪水体的方法来达到上述目的,只不过欧拉-拉格朗日方法是在固定点跟踪不同水体,而拉格朗日方法则是自始至终跟踪同一水体。事实上,以上三种方法的重要区别是体现在对对流-扩散方程中的对流项的处理上。
  在建立实际污染物迁移扩散模型时,还涉及采用二维模型,还是三维模型的问题。垂直平均的二维方程处理起来,相对比较简单,计算量也比三维小的多。三维模型虽然计算起来较为复杂,但是能反映垂直方向的差异。当垂直方向上差异不大的情况下,用二维垂直平均模型代替三维模型是可行的。
  本文就依上面的思路,建立了假想海区的二维和三维的欧拉模型、欧拉-拉格朗日模型和拉格朗日模型。并在此基础上,进行了一些比较和分析。
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