潮流数值模拟方法

潮流数值模拟方法适用范围本附录规定了潮流数值模拟的原则、方法、内容及要求。属于宽浅型水域且潮混合较强烈、各要素垂向分布较均匀的近岸海域或河口、海湾，可采用二维数值模型近似描述海水的三维运动；潮混合不充分、各要素垂向分布不均匀的海域，海域水文条件较复杂或模拟分辨率要求较高等状况时，应采用三维潮流数值模拟方法。模型计算域的确定及网格剖分模型计算域的确定应符合：应能反映工程海区整体流场特性和特征，应保证开边界处的水文要素不受域内工程方案的影响；开边界宜选在流场比较均匀的断面；三维潮流模拟时，应根据工程特征、水深及环境特征确定垂向分层。网格剖分网格剖分应符合：网格大小应有足够的空间分辨率，并应考虑海洋水质、地形地貌与冲淤、海洋生态、海洋沉积物环境、环境风险等评价内容的预测需求；网格节点水深应能反映水下地形特征和工程前后水深变化；应有利于概化和反映岸线边界、岛屿边界和工程方案的固边界。潮流数值模拟基本资料用于潮流数值模拟的基本资料应符合如下要求：实测资料应满足模型的边界条件和模型潮位验证的需要，包括：计算域内至少1个站的潮位数据，计算域内2个～6个测点的海流周日连续观测数据，测点的多少依据评价工作等级确定；潮流的调和分析应按GB/T12763.8中海洋调查资料处理所列方法和步骤进行；岸界、水深数据应从实测水深图或最新出版的海图上读取，同时应注意海图水深与平均海平面之间的转换。读取岸界数据时应注意当地虾池、盐田和围海造地等的实际范围以及工程引起岸线改变和地形改变的详细情况。基本方程二维潮流运动方程二维潮流运动可按下列方程控制：连续方程：………………(E.seq附录公式\r11)向动量方程：……………(E.2)向动量方程：…………(E.3)上述式中：——相对某一基面的水位（m）；——相对某一基面的水深（m）；——向水流紊动粘性系数（m2／s)；——向水流紊动粘性系数（m2／s)；——科氏系数；——底部摩阻系数；——风对水的摩阻系数；、——分别为空气和水的密度；、——分别为风速沿、方向的分量。三维潮流运动方程三维潮流运动可按下列方程控制：连续方程：…………(E.4)向动量方程：…………(E.5)y向动量方程：………………(E.6)z向动量方程：………………(E.7)式中：——时间（s）；——重力加速度（m/s2）；——海水密度（kg/m3）；、、——原点置于某一基面，z轴垂直向上的右手直角坐标系坐标；、、——空间流速矢量沿、、轴的速度分量（m/s）；——水压力（kg/m2)；、、——分别为潮流沿、、向的紊动粘性系数（m2/s）。计算模式应根据计算域地形特征、项目布置方案等具体情况，采用成熟计算模式进行计算。初始条件和边界条件初始条件二维运动初始条件按下列公式确定：……(E.8)……(E.9)……(E.10)式中:、、——分别为、、初始时刻的已知值。三维运动初始条件按下列公式确定：…………………(E.11)………………(E.12)………………(E.13)………………(E.14)式中：、、、——分别为、、、初始时刻的已知值。边界条件当计算域内存在大面积潮间浅滩时，宜采用动边界技术处理露滩问题。E.3.4.2.1固边界固边界应按下列方法确定。法向流速为零：……………(E.15)式中：——为固边界法方向。——分别为二维、三维的法向流速。E.3.4.2.2水边界潮流用已知潮位或流速控制：二维运动水边界应按下列方法确定。……(E.16)或……(E.17)式中：——水边界；——已知潮位（m)；——已知流速（m/s）；三维运动水边界的边界条件可按下列方法确定：………(E.18)或……(E.19)式中：——水边界；——相对于某一基面（一般指坐标系原点所在基面）的潮位；——已知潮位（m)。E.3.4.2.3三维运动的水面边界条件三维运动的水面边界条件可按下列各式确定：…………………(E.20)…………………(E.21)………(E.22)基本参数二维运动的水流紊动粘性系数和宜由试验确定，或通过验证计算确定，其值可取50m2／s～500m2／s。三维运动的、宜采用试验或经验公式确定，可取50m3／s～500m3／s。宜采用试验或经验公式确定。验证计算及精度控制验证计算验证计算应通过参数的调整，满足模拟计算结果与实测结果基本相符的要求，同时应满足验证计算精度的要求。二维验证计算内容应主要包括：(l）潮位验证；(2）流速、流向验证。三维验证计算内容应主要包括：（1）潮位验证；（2）分层流速、流向验证。精度控制验证计算精度应符合：潮位最高最低潮位值允许偏差为±10cm；流速过程线的形态基本一致，涨落潮段平均流速允许偏差为±10%；流向，往复流时测点主流流