基于POM的近海三維水質(zhì)模型研究及其應(yīng)用.pdf

1、在查閱大量三維水動力水質(zhì)數(shù)值模擬文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，深入了解海洋數(shù)學(xué)模型的研究進(jìn)展，選擇美國普林斯頓大學(xué)海洋模型(PrincetonOceanModel，POM)作為研究對象。POM垂向采用σ坐標(biāo)系，在近海潮流數(shù)值模擬中已得到廣泛應(yīng)用。但是，模型中未包含動邊界處理技術(shù)，對近海潮間帶水流的模擬顯得無能為力。本文在POM模型的基礎(chǔ)上，引入動邊界技術(shù)，將計(jì)算單元作為干濕判斷的對象，比較其與臨界水深和前一時(shí)刻水深的大小。該方法物理概念明確，守恒性好，

2、同時(shí)不會產(chǎn)生負(fù)水深，保證計(jì)算的順利進(jìn)行。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，改進(jìn)后的POM模型成功再現(xiàn)了南通海域近岸灘地隨漲落潮出沒的現(xiàn)象。潮位和流速的驗(yàn)證結(jié)果表明，計(jì)算值和實(shí)測值之間的誤差較小，說明改進(jìn)后的POM水動力模型的求解方法、邊界條件及參數(shù)取值是合理的。 在POM水動力模型基礎(chǔ)上添加水質(zhì)模型，預(yù)測包括碳、氮、磷在內(nèi)三類物質(zhì)的運(yùn)移和循環(huán)，水質(zhì)指標(biāo)包括浮游植物、溶解氧、碳化需氧量、有機(jī)氮、氨氮、硝酸鹽氮、有機(jī)磷和無機(jī)磷八種。以理想水槽中連續(xù)

3、源排放的濃度場預(yù)測為例，分別采用中心差分格式與一階Smolarkiewicz迎風(fēng)格式驗(yàn)證水質(zhì)模型的精度。解析解與兩種數(shù)值解之間的誤差統(tǒng)計(jì)表明，水質(zhì)模型具有較高的預(yù)測精度。中心差分格式的誤差略小于一階Smolarkiewicz迎風(fēng)格式，但中心差分格式會引起解的震蕩，因此，在水質(zhì)模型的實(shí)際應(yīng)用中，采用一階Smolarkiewicz迎風(fēng)格式離散對流項(xiàng)。 將基于POM的近海三維水質(zhì)模型應(yīng)用于南通達(dá)標(biāo)水排海工程的水環(huán)境模擬，預(yù)測污染物在水