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基于mike3模型的工程海域水沙数值模拟研究

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基于MIKE3模型的工程海域水沙数值模拟研究

作者：胡慧琴大连海洋大学

学位级别：硕士

近年来,“海洋牧场+海上风电”是一种典型的资源利用与生态修复模式,旨在实现海洋资源的可持续利用与生态平衡的维护,促进海域立体开发。“海洋牧场+海上风电”的模式,在于海上风电场发电可为海洋牧场的建设以及后期的运行提供充足的清... 详细信息

近年来,“海洋牧场+海上风电”是一种典型的资源利用与生态修复模式,旨在实现海洋资源的可持续利用与生态平衡的维护,促进海域立体开发。“海洋牧场+海上风电”的模式,在于海上风电场发电可为海洋牧场的建设以及后期的运行提供充足的清洁能源,优化能源结构;海洋牧场则能在一定程度上对风力发电机所破坏的海洋生态起到修复的作用,改善海洋的生态环境。“海洋牧场+海上风电”作为现代可持续发展的重要手段之一,发展前景十分广阔。目前庄河市大力发展海上风电和建设现代化海洋牧场,进一步提高海洋资源的开发与利用。在此背景下,基于mike3数值模型,本文对庄河海域人工鱼礁、风电场及风电鱼礁互补工程的水动力及泥沙运动进行模拟,分析该海域工程建设前后的水沙动力变化特征。具体结论如下:(1)研究区域模拟的潮位、流速及流向和实测值基本一致,误差在可接受的范围内。该海域潮流主要沿着西南至东北方向进行周期性往复运动,岛屿附近出现明显的绕流现象,模拟的潮流场能够真实客观反映研究海域的潮流运动情况。(2)人工鱼礁投放后,鱼礁投放区上的测点因水深减小流速增加,远离礁区海域测点的流速变化较小。礁体上方区域表层和底层流速均增大,且表层流速增幅大于底层。投礁前后礁区内的流场变化显著,鱼礁堆附近海域的流速呈缓急相间分布。受鱼礁堆阻流作用的影响,鱼礁区迎流面出现上升流,背流面出现下降流,底层海域的上升流效应较表层海域显著。此外,人工鱼礁建设对底床冲淤影响主要集中在距离礁区1-1.5km内,最大变化范围在±0.06m内。(3)海上风电场建设后,风电桩附近测点的流速较建设前稍有减小,远离风电场海域测点的流速基本不受工程建设影响。由于受风电桩的阻水效应,在桩基的迎流面、背流面海域流速均减小,背流面流速减小更为显著。由于流速的减小使海水的挟沙力降低,桩基东北、西南两侧附近出现淤积,淤积量最大值约为0.35m/a;在垂直于涨、落急潮流方向桩基附近区域出现冲刷,冲刷量最大值约为0.5m/a。(4)风电鱼礁互补工程建设后,由于人工鱼礁和风电桩基的阻水效应,风电鱼礁互补工程区内的流速变化比较复杂,鱼礁及风电桩迎流面区域的流速稍有降低,背流一侧流速降低更显著,鱼礁堆间与风电桩间的区域流速有所增加,鱼礁区引起的流速增减幅度均不超过0.5m/s,海上风电场局部区引起的流速增减幅度均不超过1m/s。在风电鱼礁互补工程建设后,桩基及其周边人工鱼礁所引起的底床冲淤变化幅度在±0.5m的范围之内。工程建设引起的冲淤影响主要在工程区及邻近区域,离工程区越远影响越小。本文研究结果为研究海域的海上风电及人工鱼礁工程评价提供量化数据,对风渔融合发展相关工程及制定管理措施具有重要意义。

关键词： mike3 人工鱼礁海上风电场水沙

基于mike3的金盆水库三维水温结构模拟研究

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水力发电学报 2016年第11期35卷 16-24页

作者：龙圣海黄廷林李扬周子振西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安710055

根据西安市金盆水库水文水力特征,充分考虑水库入流、出流、水气界面热交换、热扩散、热对流等影响因素,运用mike3软件建立了三维水温模型对金盆水库水温结构进行模拟,并基于2010年实测水温数据对模型参数进行了率定,运用2011年实测水... 详细信息

根据西安市金盆水库水文水力特征,充分考虑水库入流、出流、水气界面热交换、热扩散、热对流等影响因素,运用mike3软件建立了三维水温模型对金盆水库水温结构进行模拟,并基于2010年实测水温数据对模型参数进行了率定,运用2011年实测水温数据对模型进行验证,运用率定后的模型预测上游不同入库水水温及汛期泄洪洞中孔位置的改变对水温结构的影响,计算结果表明,上游入库水温度增加或减小会导致均温层水温相应的增加或减小;泄洪洞中孔位置上移将引起温跃层厚度减小,温度梯度也相应增大,泄洪洞中孔位置下移则会导致温跃层厚度增大,温度梯度减小。该模型能准确预测出金盆水库水温全年变化过程,具有较高的有效性和实用性,可为水源水库调度运行提供科学依据。

关键词：水库热分层水温结构 mike3 三维模型

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基于mike3的渤海三维温盐数值模拟

海洋湖沼通报 2019年第2期 1-9页

作者：李娜娄安刚张学庆刘云龙王许琨中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛2661001 海洋环境与生态教育部重点实验室山东青岛266100

基于有限体积法的mike3 Flow Model建立了渤海地区水动力和温盐数值计算模型,并考虑了渤海沿岸十六条主要河流径流输入、风、降水、蒸发、太阳辐射(短波辐射、长波辐射、感热、潜热)等因素的影响。输出2010年数据作为结果,水动力和温盐... 详细信息

基于有限体积法的mike3 Flow Model建立了渤海地区水动力和温盐数值计算模型,并考虑了渤海沿岸十六条主要河流径流输入、风、降水、蒸发、太阳辐射(短波辐射、长波辐射、感热、潜热)等因素的影响。输出2010年数据作为结果,水动力和温盐模拟结果验证良好。经分析得到如下结论:模拟得到的2010年渤海温盐全年变化均呈一峰一谷形式。渤海冬季最高温度出现在渤海海峡附近海域,温度约4.5℃;渤海夏季平均海表温度26.34℃,较1970～1996年渤海海区夏季的平均温度区间22.5～26.5℃明显偏高;夏季温跃层集中在5m-15m深度范围内,渤海海峡处跃层深度超过了20m;模拟得到的冬季莱州湾盐度在27.8～30.4PSU的范围,夏季25～29.5PSU;莱州湾和辽东湾在夏季出现低盐区,辽东湾顶的低盐区面积约1364km^2,黄河口处的低盐区面积约448km^2,小清河口附近的低盐区面积约1029km^2;渤海大部分海域夏季盐度分层并不像温跃层那样明显。

关键词： mike3 渤海温盐数值模拟

mike3软件模拟温差异重流的网格划分比较研究

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中国农村水利水电 2021年第6期 25-29,37页

作者：郭维维许红师胡孜军太原理工大学水利科学与工程学院太原030024 长江勘测规划设计研究院武汉430010

当温度分层型水库发生突发污染事故时,掌握水体的水动力和水温分布特性对判断污染事件的发展和指导决策具有重要意义。mike3软件可用于水库水动力和水温的三维数值模拟,为探讨该模型水平向网格剖分和垂向坐标系选取对温差异重流模拟的影... 详细信息

当温度分层型水库发生突发污染事故时,掌握水体的水动力和水温分布特性对判断污染事件的发展和指导决策具有重要意义。mike3软件可用于水库水动力和水温的三维数值模拟,为探讨该模型水平向网格剖分和垂向坐标系选取对温差异重流模拟的影响,基于物理模型实验结果,分别建立了三角形、矩形和三角形矩形拼接网格的数值模型,垂向分别采用σ坐标和σ-Z混合坐标两种形式。结果表明,mike3软件可有效模拟温差异重流沿床面运动的特性;当异重流主流方向较显著时,建议采用与主流方向一致的矩形网格进行计算区域离散;采用σ-Z混合坐标时可通过增加垂向分层数减弱床面阶梯近似的影响;对于温度分层界面、异重流主流方向与河床底面三者差异较大水体,建议在垂向采用σ-Z混合坐标形式。

关键词： mike3 异重流温度分层 σ坐标网格划分

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mike3软件在水温结构模拟中的应用研究

MIKE3软件在水温结构模拟中的应用研究

作者：刘畅中国水利水电科学研究院

学位级别：硕士

本文从研究我国湖泊水库环境现状及其问题成因入手，介绍了湖库的水动力学特征及其数值模拟，对当前湖泊水动力数值模拟的主要研究成果进行了简要的说明。在对水环境数学模型基本理论和主要紊流模型加以阐述的基础上，对环境数学模型的... 详细信息

本文从研究我国湖泊水库环境现状及其问题成因入手，介绍了湖库的水动力学特征及其数值模拟，对当前湖泊水动力数值模拟的主要研究成果进行了简要的说明。在对水环境数学模型基本理论和主要紊流模型加以阐述的基础上，对环境数学模型的发展历程以及目前应用较广的水质模型及软件包进行了介绍。同时，对mike3数学模型数学基础、计算方法做了较为详尽的介绍。 mike3软件具有较为强大的前后处理功能，数据录入、整理方便快捷;并可以和WORD、EXCEL等办公软件进行良好的配合，从而减轻了前期资料处理方面工作的负担。论文将mike3数学模型应用于两个具体工程研究项目：(1) 湘潭电厂取排水口温度场模拟研究;(2) 万家寨水库温度场的数值模拟。 “湘潭电厂取排水口温度场模拟”显示了良好的水体三维流动结构，并与实测水温分布吻合良好。从计算结果可以看出，湘潭电厂的取排水口位置分布合理，能够满足经济和环保的要求。同时在进行对比计算的过程中还可以看出，河道上游的来流量与排水口的出流量之间的比例关系对温度扩散影响较大。通过对“万家寨水库的三维流场与温度场的数值模拟”可以看出，万家寨水库属于典型的分层型水库，水库在不同的年份均长时间保持分层结构。库区的水温分层现象在枯水年比丰水年更加明显，在一年中的春夏两季比秋冬两季明显。水库水温的分层结构受来流量的影响较大。上述两算例计算结果表明，三维流场、温度场预测可靠合理，精度较高。mike3软件对于此类问题具有较高的实用价值。

关键词：水环境数值模拟三维数学模型 mike3 湘潭电厂万家寨水库

mike3在小浪底坝区水沙运动模拟中的应用

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华北水利水电大学学报（自然科学版） 2018年第3期39卷 73-78页

作者：张晓雷吴新宇王恩华北水利水电大学水利学院河南郑州450045 长沙理工大学水利工程学院湖南长沙410114 南京国环科技股份有限公司江苏南京210042

水库库区局部水沙运动具有较强的三维性,且水库坝前水沙运动特性及库区冲淤过程十分复杂。为研究水库坝前水沙运动特性及库区冲淤过程,以小浪底坝区为研究对象,采用mike3软件建立了小浪底三维水沙数学模型,并利用小浪底水库2013年6月至... 详细信息

水库库区局部水沙运动具有较强的三维性,且水库坝前水沙运动特性及库区冲淤过程十分复杂。为研究水库坝前水沙运动特性及库区冲淤过程,以小浪底坝区为研究对象,采用mike3软件建立了小浪底三维水沙数学模型,并利用小浪底水库2013年6月至8月坝前4.5 km内实测冲淤地形及水沙资料对所建模型的适用性与正确性进行了验证。计算结果表明:坝区水位及地形冲淤变化的计算值与实测值基本吻合,因此可认为,采用mike3软件模拟小浪底水库坝区的水沙运动及地形冲淤变化是可行的。

关键词： mike3 小浪底水库水沙运动数值模拟

利用mike3软件研究风场对赛里木湖水动力场的影响

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新疆环境保护 2015年第4期37卷 29-33页

作者：刘江胡云玲姜亮亮程艳新疆环境保护科学研究院新疆乌鲁木齐830011 新疆环境污染监控与风险预警重点实验室新疆乌鲁木齐830011 克拉玛依市乌尔禾区环保局新疆克拉玛依834014

分析赛里木湖水动力场对保护环湖公路免受湖岸失稳造成的破坏有重要意义。本研究基于赛里木湖地形和水文条件,利用mike3水动力模型模拟了赛里木湖水动力场变化过程。结果表明,mike3模型能很好的模拟赛里木湖水流运动情况,可为当地管理... 详细信息

分析赛里木湖水动力场对保护环湖公路免受湖岸失稳造成的破坏有重要意义。本研究基于赛里木湖地形和水文条件,利用mike3水动力模型模拟了赛里木湖水动力场变化过程。结果表明,mike3模型能很好的模拟赛里木湖水流运动情况,可为当地管理部门确定防冲护岸工程位置提供理论依据。

关键词：赛里木湖 mike3 水动力场

基于mike3的丰枯水期防城湾水交换能力研究

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广西科学 2020年第3期27卷 311-318页

作者：周争桥夏维邱文博李冠宇交通运输部南海航海保障中心广州海事测绘中心广东广州510320 国家海洋技术中心天津300111

为了对防城湾水交换能力有全面的认识,本文基于无结构的三角网格建立高分辨率的mike3水动力数值模型,采用Lagrange质点追踪方法,选取水体半交换周期和水体交换律作为评价指标,评价防城湾丰枯水期水交换能力。结果表明:防城湾水交换主要... 详细信息

为了对防城湾水交换能力有全面的认识,本文基于无结构的三角网格建立高分辨率的mike3水动力数值模型,采用Lagrange质点追踪方法,选取水体半交换周期和水体交换律作为评价指标,评价防城湾丰枯水期水交换能力。结果表明:防城湾水交换主要受径流和潮流控制,因防城河的存在,西湾保守物质浓度的空间分布呈现由河口向湾外增加趋势,东湾的保守物质浓度的空间分布呈现由湾口向湾内增加趋势,随着时间的增加,两湾保守物质浓度下降速率降低;西湾水交换时间明显少于东湾,半交换期在丰水期为1.7d,在枯水期为3.6d;东湾在丰水期半交换时间为15.2d,在枯水期为27.8d。

关键词： mike3 水交换水交换半周期水交换率防城湾

基于mike3流场模型的河流上游明渠弯道水流三维数值模拟研究

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水利科技与经济 2021年第6期27卷 83-86页

作者：师于杰新疆维吾尔自治区塔里木河流域干流管理局新疆库尔勒841000

通过三维有限元软件mike3对不同弯道进行数值模拟研究,其中包括对圆弯道、缓圆缓弯道及对称凸型弯道3种类型的水面超高、比降和平均流速分布进行分析。经过对3种弯道的比较分析得知,缓圆缓弯道和对称凸型弯道的流速大小和变化范围基本... 详细信息

通过三维有限元软件mike3对不同弯道进行数值模拟研究,其中包括对圆弯道、缓圆缓弯道及对称凸型弯道3种类型的水面超高、比降和平均流速分布进行分析。经过对3种弯道的比较分析得知,缓圆缓弯道和对称凸型弯道的流速大小和变化范围基本相似。在凹岸,近底流速小于圆弯道;在凸岸,弯道进口附近及过弯顶断面后这两种弯道近底流速较圆弯道明显减小,表明插入缓变曲线后的弯道有效减少了过大、过小近底水流流速的出现,对壁岸、床底的淘刷程度将会小于圆弯道。

关键词： mike3 流场明渠弯道水流