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胶州湾二维水动力及水质数值模拟的研究

作　者: 王娜
导　师: 孔令双
学　校: 青岛理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 水动力数值模拟 ADI 水质随机因素
分类号: TV131.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 49次
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内容摘要

海洋是一个富饶而又未被充分开发的资源宝库,海洋必将是人类实现可持续发展的重要空间。胶州湾是青岛市形成和发展的摇篮。但伴随着城市化的进程和沿岸经济的迅猛发展,排入胶州湾的污染物总量不断增加,使胶州湾近岸海域的污染呈现加重趋势。在近岸海域,潮流是最主要的水动力条件,也是这些地区最基本的物质运动,污染物伴随着潮流的运动而迁移扩散。为了保护胶州湾,防止湾内环境的恶化,必须了解潮流运动以及污染物质的输移扩散规律。本文建立了二维水动力学模型,并将它应用于胶州湾;控制方程采用有限差分ADI法进行离散,使用矩形网格划分方法,运用干湿判别法对动边界进行处理,对胶州湾内的潮流运动进行了模拟,与实测值吻合良好。在水动力学模型的基础上,建立了污染物扩散模型,并对胶州湾内2001年污染物COD、氮、磷浓度进行了模拟,与实测值吻合较好。本文将随机因素引入数学模型,在微分方程的输入条件中考虑不确定性条件,进而研究输出结果的概率特性。在模型中,考虑通过改变水边界条件、改变扩散系数来观察污染物COD最大浓度的变化趋势,并得出了基于一定概率水平的置信区间。通过以上工作,对胶州湾的潮流运动状况和污染物扩散状况有了一个较全面的体现,为以后的胶州湾研究工作提供了参考依据。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-9
第1章绪论  9-18
  1.1 研究的背景、意义和目的  9-11
    1.1.1 研究的背景  9
    1.1.2 研究的意义  9-10
    1.1.3 研究的目的  10-11
  1.2 国内外研究应用现状  11-15
    1.2.1 水动力学模型  11-12
    1.2.2 水质模型  12-13
    1.2.3 模型常用离散方法  13-14
    1.2.4 网格划分方法  14-15
  1.3 随机因素对数学模型的影响  15
  1.4 胶州湾水文研究现状  15-17
  1.5 本文主要工作  17-18
第2章二维水动力学模型  18-39
  2.1 平面二维水动力数值模拟  18-20
    2.1.1 控制方程  18-19
    2.1.2 方程的定解条件  19-20
  2.2 ADI法  20-25
    2.2.1 ADI法简介  20
    2.2.2 ADI法求解控制方程  20-25
  2.3 二维水动力学模型应用于胶州湾  25-38
    2.3.1 网格设置  25-27
    2.3.2 边界、初始条件设置  27
    2.3.3 动边界处理  27-28
    2.3.4 胶州湾水动力模拟计算结果验证  28-38
  2.4 本章小结  38-39
第3章污染物扩散数值模拟  39-44
  3.1 污染物扩散模型  39-41
    3.1.1 污染物扩散模型控制方程  39
    3.1.2 污染物扩散模型的边界、初始条件  39-40
    3.1.3 污染物控制方程的离散  40-41
  3.2 污染物扩散模型的计算条件  41-43
  3.3 本章小结  43-44
第4章胶州湾污染物COD、氮、磷水质模型  44-55
  4.1 污染物COD扩散模型  44-48
    4.1.1 COD扩散模型控制方程  44
    4.1.2 模型运行条件  44-45
    4.2.3 结果分析处理  45-48
  4.2 污染物氮、磷水质模型  48-54
    4.2.1 污染物水质模型控制方程  48
    4.2.2 模型运行条件  48-49
    4.2.3 结果分析处理  49-54
  4.3 本章小结  54-55
第5章水质模型的随机因素影响分析  55-64
  5.1 随机分析简介  55-57
    5.1.1 随机微分方程  55-56
    5.1.2 不确定性及敏感性分析  56
    5.1.3 重现期的概念及数学表示  56-57
  5.2 胶州湾水质模型随机因素影响分析  57-63
    5.2.1 随机数学模型计算  57-59
    5.2.2 胶州湾污染物浓度场的随机影响分析  59-60
    5.2.3 随机数学模型计算结果  60-63
  5.3 本章小结  63-64
结论与展望  64-66
参考文献  66-71
硕士期间发表的学术论文  71-72
致谢  72

胶州湾二维水动力及水质数值模拟的研究

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