潮流物理模型试验生潮控制时的复合模拟数据对接
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中 图分 类 号 ： ７ １ ２ Ｐ ３ ． 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ６ １６ ４ （ ０ ２ ０ － ０ １Ｏ １ ７ － ６ ７ ２ １ ） １０ ０ 一 ８
随 着 计 算 技 术 的发 展 ， 比 物 理 模 型 试 验 ， 值 模 拟 在 海 洋 研 究 和 海 洋 工 程 中 发 挥 着 越 来 越 重 要 的 作 相 数 用 。 尽 管 如 此 ， 模 试 验 仍 然 是 不 可 或 缺 甚 至 有 时 是 不 可 替 代 的 研 究 手 段 。如 ， 物 目前 常 见 的 海 洋 动 力 模 式 难
刘 学海 ， 育 强 ， 纪 张 强。 王 玉海。袁 业立 ， ，
（． １ 国家 海 洋 局 第 一 海 洋研 究 所 ， 山东 青 岛 ２ ６ ６ ；． 洋 环 境 科 学 与 数 值 模 拟 国家 海 洋 局 重 点 实 验 室 ， ６０１２海 山东 青 岛 ２ ６ ６ ；． 国水 利 水 电科 学 研 究 院 ， 京 １０ ３ ） ６０１３ 中 北 ０ ０８
流速 或 流量缩 尺 ） 处理后 输 送给 生潮 控制 计算 机 的 。对 复合 模拟 ， 学模 型和 物理模 型之 间 的数据交 换 即为 数
收 稿 日期 ：０ ００ —８ ２ １—４２ 资 助项 目： 家海 洋 局 第 一 海 洋 研 究 所 基 本 科 研 业 务 费 专 项 资 金 项 目— — 较 大 海 域 潮 流 物 模 试 验 的 理 论 可 行 性 及 复 合 模 拟 技 术 研 究 国 （０ ７ ４ ； ２ ０ Ｇ２ ） 国家 海 洋 局 海 洋 公 益 性 行 业 科 研 专 项 经 费 项 目— — 胶 州 湾 海 湾 水 动 力 物 理 模 拟 实 验 研 究 （０ ７ ５ １ ） 海 洋 监 ２ ００ ０ ２ ， 测 设 备 动力 环 境 实验 水 槽 关 键 技 术 研 究 ： 、 、 等 现 场 动 力 环 境 研 究 （ ０ ０ ５ ２— ） 浪 流 风 ２ １ ０ ０ ７５ 作者简介 ： 刘学 海 （ ９３）男 ， １７ ， 山东 东 明 人 ， 理 研 究 员 ， 士 ， 助 博 主要 从 事 海洋 环 境 及 生态 动 力 学模 型 方 面研 究 ． － ｉ ｉｘ ＠ ｒ ．ｒ．ｎ Ｅｍａ ：ｌ ｈ ｉ ｏｇｃ ｌ ｕ ｏ
摘 要 ： 据 几 种 不 同情 形 探 讨 复合 模 拟 中如 何 通 过 数 值 模 拟 为 潮流 物模 试 验 提 供 开边 界 控 制 条 件 。对 单 边 界 物 根 理 模 型 ， 由数 模 的调 和 常数 得 到 物模 边 界 控 制 所 需 的 时 间 序 列 数 据 ， 现 单 分 潮 、 可 实 多分 潮及 大 、 小 潮 的模 拟 ； 中、 对 于历 时 较 长 的 试 验 ， 由数 模 得 到 长 时 问序 列 或 周 期 性 序 列 数 据 作 为 生 潮 的 控 制 信 号 ； 多边 界 模 型 ， 可 对 沿边 界 分 为若干控制 断面， 由数 模 给 出各 断 面 的 流 量 变 化 ， 各 断 面 分 别 进 行 流 量 控 制 ； 时 的复 合 模 拟 可 使 物 理 模 型 和 数 对 差 值 模 型 互 相 提供 边 界 条 件 或 模 型 参 数 修 正 。 关 键 词 ｉ 模 试 验 ； 流 ； 值 模 拟 ； 合 模 拟 物 潮 数 复
１ 物 模 试 验 的生 潮 控 制 系 统 简 介
潮 流物理 模 型试验 时 ， 生潮设 备 如尾 门、 向泵等 是受 生潮 控 制 计算 机 与 控制 器 一 起控 制 运转 的 ， 控 双 而
制信 号需 要外 部数 据 给出 ， 这些 数据 是流 量或 水位 变化 过程 并按 照一 定 的模 型缩尺 比（ 何缩 尺 、 几 时间缩 尺 、
以实 现小 尺度 局部 海域 的模 拟＿ ， １ 工程 引起 的局部 泥沙 冲淤 数值 模 拟 也 存在 着 诸 多 的 困难 ｌ ］ 而 这些 问题 ］ ＿ ， ２ 。 可通 过物 理模 型 给 以更 好 的 解 决 。另 外 ， 由于 物 理 模 型不 能 刻 画 出地 转 效 应 ， 因此 难 以对 较 大 海 域 进 行 模拟Ⅲ 。
复合 模型 将数 模 和物模 的优 点结 合起 来 ， 拓宽 了模 型 的研 究 范 围 。复 合 模 型有 耦 合 运转 型 和综 合 模 ］
拟型 。耦 合运 转 型是通 过数 模 和物模 之 间 的数 据对 接 实 现对 系 统 的模 拟 ， 求两 模 型准 同步 运转 。综 合 模 要
拟型则 综 合数模 和物模 ， 两模 型 不必 同步 运转 ， 数据 对 接要求 不 苛刻 ， 结合 方式 灵活 ， 大范 围 内用数 模 而局 如 部采 用物 模 。综合 模拟 型是 最 常见 的复合 模 拟类 型 ， 型 的情况 是 ， 典 对整 体海 域水 动力 的模拟 采用数 值模 拟 更佳 ， 而对 局部 海 域特别 是 较小 的 区域如 泥沙 冲淤 试验 、 排水 试验 等 经常需 要进 行物理 模 型试验 。 温 物模 试验 的水 动力 过程 是开 边界 处设 备 驱动水 体 产生 的 ， 因此其 仿 真性 很 大 程度 上 依 赖 于对 开边 界 水 动力 条件 的控 制 。本文 将根 据 物 理 模 型 试 验 的若 干 情 形 ， 讨 复 合 模 拟 （ 别 是 多 边 界 复 杂 流 况下 ） 探 特 的数 模 一 物模 的数 据对 接 问题 ， 即如何 通 过数值 模 拟 为物模 试验 合理 地提 供边 界控 制条 件 。
第 ３ Ｏ卷 第 １ 期 ２１ ０ ２年 １月
海
洋
科
学
进
展
Ｖ ｏ．３ Ｎｏ． Байду номын сангаас Ｏ １
Ａ ＤＶ Ａ ＮＣＥＳ Ｉ Ｎ Ｍ Ａ ＲＩ Ｅ Ｓ ＥＮ ＣＥ Ｎ ＣＩ
Ｊ ｎ ａｙ ０ ２ ａ ｕ ｒ ，２ １
潮 流 物 理 模 型 试 验 生 潮 控 制 时 的 复 合 模 拟 数 据 对 接
随 着 计 算 技 术 的发 展 ， 比 物 理 模 型 试 验 ， 值 模 拟 在 海 洋 研 究 和 海 洋 工 程 中 发 挥 着 越 来 越 重 要 的 作 相 数 用 。 尽 管 如 此 ， 模 试 验 仍 然 是 不 可 或 缺 甚 至 有 时 是 不 可 替 代 的 研 究 手 段 。如 ， 物 目前 常 见 的 海 洋 动 力 模 式 难
刘 学海 ， 育 强 ， 纪 张 强。 王 玉海。袁 业立 ， ，
（． １ 国家 海 洋 局 第 一 海 洋研 究 所 ， 山东 青 岛 ２ ６ ６ ；． 洋 环 境 科 学 与 数 值 模 拟 国家 海 洋 局 重 点 实 验 室 ， ６０１２海 山东 青 岛 ２ ６ ６ ；． 国水 利 水 电科 学 研 究 院 ， 京 １０ ３ ） ６０１３ 中 北 ０ ０８
流速 或 流量缩 尺 ） 处理后 输 送给 生潮 控制 计算 机 的 。对 复合 模拟 ， 学模 型和 物理模 型之 间 的数据交 换 即为 数
收 稿 日期 ：０ ００ —８ ２ １—４２ 资 助项 目： 家海 洋 局 第 一 海 洋 研 究 所 基 本 科 研 业 务 费 专 项 资 金 项 目— — 较 大 海 域 潮 流 物 模 试 验 的 理 论 可 行 性 及 复 合 模 拟 技 术 研 究 国 （０ ７ ４ ； ２ ０ Ｇ２ ） 国家 海 洋 局 海 洋 公 益 性 行 业 科 研 专 项 经 费 项 目— — 胶 州 湾 海 湾 水 动 力 物 理 模 拟 实 验 研 究 （０ ７ ５ １ ） 海 洋 监 ２ ００ ０ ２ ， 测 设 备 动力 环 境 实验 水 槽 关 键 技 术 研 究 ： 、 、 等 现 场 动 力 环 境 研 究 （ ０ ０ ５ ２— ） 浪 流 风 ２ １ ０ ０ ７５ 作者简介 ： 刘学 海 （ ９３）男 ， １７ ， 山东 东 明 人 ， 理 研 究 员 ， 士 ， 助 博 主要 从 事 海洋 环 境 及 生态 动 力 学模 型 方 面研 究 ． － ｉ ｉｘ ＠ ｒ ．ｒ．ｎ Ｅｍａ ：ｌ ｈ ｉ ｏｇｃ ｌ ｕ ｏ
摘 要 ： 据 几 种 不 同情 形 探 讨 复合 模 拟 中如 何 通 过 数 值 模 拟 为 潮流 物模 试 验 提 供 开边 界 控 制 条 件 。对 单 边 界 物 根 理 模 型 ， 由数 模 的调 和 常数 得 到 物模 边 界 控 制 所 需 的 时 间 序 列 数 据 ， 现 单 分 潮 、 可 实 多分 潮及 大 、 小 潮 的模 拟 ； 中、 对 于历 时 较 长 的 试 验 ， 由数 模 得 到 长 时 问序 列 或 周 期 性 序 列 数 据 作 为 生 潮 的 控 制 信 号 ； 多边 界 模 型 ， 可 对 沿边 界 分 为若干控制 断面， 由数 模 给 出各 断 面 的 流 量 变 化 ， 各 断 面 分 别 进 行 流 量 控 制 ； 时 的复 合 模 拟 可 使 物 理 模 型 和 数 对 差 值 模 型 互 相 提供 边 界 条 件 或 模 型 参 数 修 正 。 关 键 词 ｉ 模 试 验 ； 流 ； 值 模 拟 ； 合 模 拟 物 潮 数 复
１ 物 模 试 验 的生 潮 控 制 系 统 简 介
潮 流物理 模 型试验 时 ， 生潮设 备 如尾 门、 向泵等 是受 生潮 控 制 计算 机 与 控制 器 一 起控 制 运转 的 ， 控 双 而
制信 号需 要外 部数 据 给出 ， 这些 数据 是流 量或 水位 变化 过程 并按 照一 定 的模 型缩尺 比（ 何缩 尺 、 几 时间缩 尺 、
以实 现小 尺度 局部 海域 的模 拟＿ ， １ 工程 引起 的局部 泥沙 冲淤 数值 模 拟 也 存在 着 诸 多 的 困难 ｌ ］ 而 这些 问题 ］ ＿ ， ２ 。 可通 过物 理模 型 给 以更 好 的 解 决 。另 外 ， 由于 物 理 模 型不 能 刻 画 出地 转 效 应 ， 因此 难 以对 较 大 海 域 进 行 模拟Ⅲ 。
复合 模型 将数 模 和物模 的优 点结 合起 来 ， 拓宽 了模 型 的研 究 范 围 。复 合 模 型有 耦 合 运转 型 和综 合 模 ］
拟型 。耦 合运 转 型是通 过数 模 和物模 之 间 的数 据对 接 实 现对 系 统 的模 拟 ， 求两 模 型准 同步 运转 。综 合 模 要
拟型则 综 合数模 和物模 ， 两模 型 不必 同步 运转 ， 数据 对 接要求 不 苛刻 ， 结合 方式 灵活 ， 大范 围 内用数 模 而局 如 部采 用物 模 。综合 模拟 型是 最 常见 的复合 模 拟类 型 ， 型 的情况 是 ， 典 对整 体海 域水 动力 的模拟 采用数 值模 拟 更佳 ， 而对 局部 海 域特别 是 较小 的 区域如 泥沙 冲淤 试验 、 排水 试验 等 经常需 要进 行物理 模 型试验 。 温 物模 试验 的水 动力 过程 是开 边界 处设 备 驱动水 体 产生 的 ， 因此其 仿 真性 很 大 程度 上 依 赖 于对 开边 界 水 动力 条件 的控 制 。本文 将根 据 物 理 模 型 试 验 的若 干 情 形 ， 讨 复 合 模 拟 （ 别 是 多 边 界 复 杂 流 况下 ） 探 特 的数 模 一 物模 的数 据对 接 问题 ， 即如何 通 过数值 模 拟 为物模 试验 合理 地提 供边 界控 制条 件 。
第 ３ Ｏ卷 第 １ 期 ２１ ０ ２年 １月
海
洋
科
学
进
展
Ｖ ｏ．３ Ｎｏ． Байду номын сангаас Ｏ １
Ａ ＤＶ Ａ ＮＣＥＳ Ｉ Ｎ Ｍ Ａ ＲＩ Ｅ Ｓ ＥＮ ＣＥ Ｎ ＣＩ
Ｊ ｎ ａｙ ０ ２ ａ ｕ ｒ ，２ １
潮 流 物 理 模 型 试 验 生 潮 控 制 时 的 复 合 模 拟 数 据 对 接