二维温带风暴潮漫滩数学模型的研究及其在渤海湾的应用

二维温带风暴潮漫滩数学模型的研究及其在渤海湾的应用
我国是世界上风暴潮灾害发生最频繁且所受影响最严重的国家之一,风暴潮给我国国防、工农业生产和国民经济带来重大的损失。

对风暴潮的发生、发展和衰亡等内在物理机制的研究,探讨潮灾的发生规律,特别是通过对风暴潮预报方法的研究,及时准确的对其做出预报,把伤亡和损失减少到最低程度,对中国和世界上所有的国家都具有迫切的现实意义。

本文由N-S方程开始,系统的推导了二维非恒定流方程,并以此为基础建立了两个数学模型,即平面二维潮流模型和平面二维温带风暴潮漫滩数学模型。

在模拟风暴潮时,采用有限差分法思想,应用ADI(Alternating Direction Implicit Method)格式对平面二维风暴潮方程进行离散和求解。

在模拟风暴潮漫滩时采用有限体积思想中的无结构网格法,对二维非恒定流方程进行了离散和求解。

将这二者衔接起来的二维温带风暴潮漫滩数学模型,可以模拟预报风暴潮增水过程,并同时计算漫滩过程和淹没范围。

本文首先将二维潮流模型应用于渤海及黄海北部海区,模拟了该范围内的潮流场并获得计算风暴潮漫滩时所需的水边界条件。

然后将二维风暴潮漫滩模型应用于渤海湾,针对于渤海海域2003年10月11-12日发生的特大温带风暴潮增水个例进行了数值计算,并根据现有岸上地形资料模拟了该次风暴潮漫滩过程。

通过上面模型的模拟计算,可以得到风暴潮发生的时间、过程、增水位、漫滩过程、淹水区域等重要信息,为渤海湾沿岸地区的风暴潮漫滩预报提供科学依据,这对于确定整体防潮减灾措施,制定抵御风暴潮侵袭的方案都具有重要的实用意义。