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河口海岸数值模拟国际研究进展综述 0 引言 地球表面大部分被海洋所覆盖，少部分为陆地，而海洋与陆地之间的分界线即为海岸线。海岸线两侧环境特征会同时受到海洋、陆地的影响，加之受潮汐影响，海平面呈现周期性的涨落，这也使得海岸线的位置处于不断的变化中，因此海岸线两侧实际构成一个海洋与陆地之间的过渡带，即为海岸带。河口是海岸带的重要组成部分，是河流向海洋进行物质输运的必经通道，因此对河口海岸地区的研究就显得尤为重要。伴随着传统研究方法的局限性以及定量化研究发展的趋势，数值模拟已称为研究河口海岸地区的重要方法，其对认识海洋与陆地之间的相互作用具有重要的理论和实践意义。 1 研究方法 数值模拟研究方法和工作流程，首先是概念化模型、数学模型、数值模型的建立，然后对数值模拟进行动态模拟，最后显示、分析和解释模拟结果。建立模型包括课反映海洋水文主要过程几何形态的概念化模型，描述海洋水文学过程的数学模型，适用于计算机求解的离散化的数学模型——数值模拟模型。通过计算机求解进行动态模拟，计算机成图的形式来形象表达。数值模拟结果与观察到的水温现象进行对比，可证明海洋水文问题概念化模型。敏感性分析通过对数值模拟的一个或多个系统参数进行微调并对比模拟结果，有助于判断模型中的主要控制因素。 2研究现状与工作成果 2.1 潮流场模拟 潮流场模拟是水动力数值模拟中的基础工作，潮流场模拟结果可以提供特定区域的潮汐与潮流运动状况，其也可以与泥沙模拟、波浪模拟、水质模拟、地形模拟等其他模拟过程进行耦合，为其他模型提供动力支撑。因此正确模拟出潮汐潮流在海洋中的变化是相当重要的。 为了提高模拟的精确程度，zhongpeng[1]等人使用CMap最新的水深数据，同时考虑风场、盐场以及温度变化对潮流场的影响，在垂直方向上将模型分为12个层面，对阿拉伯海湾进行了全面的3D模拟。通过8个验潮站对模拟数据进行验证，最终模拟与实测结果具有很好的拟合性，从而证明了该模型的准确性。 在潮流场与其他模型进行耦合的研究中，有的学者在成功模拟潮流场的基础上，将泥沙动力变化纳入模拟系统，进而研究泥沙动力系统的变化。Feranda Achete[2]等人研究了气候以及水动力状况对旧金山湾泥沙运输动力的影响，该研究基于最新的灵活网格，将人类活动、气候变化以及突发的气象灾害纳入模拟系统，发现堤坝、海平面上升、气候变暖等对悬沙的对动力沉积具有很大的影响，该研究也对旧金山湾湿地等生态系统的保护也具有非常重要的借鉴意义。 2.2 波浪模拟 波浪是指具有自由表面的液体局部质点受到扰动后，离开原来的平衡位置而作周期性起伏运动，并向四周传播的现象。当波浪涌上岸边时，由于海水深度愈来愈浅，下层水的上下运动受到了阻碍，受物体惯性的作用，海水的波浪一浪叠一浪，越涌越多，一浪高过一浪。与此同时，随着水深的变浅，下层水的运动，所受阻力越来越大，以至于到最后，它的运动速度慢于上层的运动速度，由于惯性，波浪最高处向前倾倒，摔到海滩上，成为飞溅的浪花。 波浪形成后，可以看到液体表面此起彼伏的波动，研究波浪运动规律对研究海洋水文规律，以及对航运、港口、海洋等工程具有重要的理论意义和应用价值。M Amrutha等人[3]对印度文古尔拉地区的近岸水域进行了在海陆风影响下的波浪模拟，根据模拟结果发现，在海风影响下该地区波浪高度最高会达到15m。Luis A.Bastidas等人[4]对风浪以及波浪模型的参数敏感性与不确定性进行了研究，该研究选取美国西部大西洋沿海地区作为研究区域，通过对该地区的波浪场模拟发现波浪模型对风阻、水深、底部粗糙率等十一个参数具有敏感性，而对阈限深度、涡粘性等参数的设置敏感性影响很小。不同的参数设置对模拟结果的准确性具有重要影响，本文的研究对波浪模拟参数的设置提供了重要参考。 2.3 水质模拟 水质模型（water quality model）是根据物质守恒原理用数学的语言和方法描述参加水循环的水体中水质组分所发生的物理、化学、生物化学和生态学诸方面的变化、内在规律和相互关系的数学模型。水质模型可按其空间维数、时间相关性、数学方程的特征以及所描述的对象、现象进行分类和命名。 研究水质模型的目的主要是为了描述环境污染物在水中的运动和迁移转化规律，为水资源保护服务。它可用于实现水质模拟和评价，进行水质预报和预测，制订污染物排放标准和水质规划以及进行水域的水质管理等，是实现水污染控制的有力工具。 水质模型至今已有70多年的历史，最早的水质模型是于1925年在美国俄亥俄河上开发的斯特里特－菲尔普斯模型，它是一个DO-BOD模型，之后经诸多学者改进，逐步完善。1977年美国环境保护局发表的QUALll型，是这类模型的代表，它的最新版本 QUAL2E（1982）能模拟任意组合的15种水质参数。80年代之后，随着水质研究的深入