近岸海域水质模拟及可视化研究在大鹏半岛南部海域的应用

论文摘要

应用水动力学和水质数值模型,对近岸海域水动力学规律和污染情况进行分析预测,是近岸水环境质量分析和预测的重要基础。科学计算可视化技术应用于近岸海域水动力学和水质数值模型研究,不仅有助于提高数据处理效率,而且以直观形象对观测资料和数值模拟的结果进行展示,有助于提高对数据的理解,并加深对现象的认识。本文将科学计算可视化技术引入近岸海域研究,初步实现了大鹏半岛南部近岸海域水质模拟可视化系统的研究和应用,具有重要的现实意义和应用价值。本文详细探讨了水动力和水质模型建立、模型与界面集成的具体方法和过程、以及模型结果可视化表达。模型建立以大鹏半岛南部海域污水排海工程为例,通过数值计算模拟了排污海域的潮流运动规律,在此基础上分别预测了西涌湾内和湾外不同排污方式下入海污染物(COD)的输运过程,并分析不同位置排污对纳污海域的影响,对污水排海工程最佳排放口位置的确定提出合理建议。在大鹏半岛南部海域水质现状基础上,预测了不同排污方式下入海污染物的允许排放量。针对污水排海对海域环境产生的影响,提出排污总量削减和设置混合区两种减轻影响的方案。为今后海域的管理和开发提供科学依据。模型与界面集成以VB为开发平台,通过VB语言和Fortran语言混合编程实现;本文对比了两种混合编程的方法,选择VB调用Fortran程序编译的可执行文件法,该方法有数据交换效率较高,可移植性好等优点。在可视化表达上,通过VB对Surfer软件二次开发完成流场、浓度场的绘制和动态显示,应用VB调用Auto CADVolo view控件实现图形的实时平移、局部缩放、打印和保存等功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 水动力学及水质模型研究进展
• 1.1.1 水动力学模型研究进展
• 1.1.2 水质模型研究进展
• 1.2 数值计算可视化研究进展
• 1.2.1 科学计算可视化概念
• 1.2.2 国内外研究进展
• 1.3 本文研究内容
• 2 近岸海域二维水动力学模型及其应用
• 2.1 二维水动力模型
• 2.2 数值求解方法
• 2.2.1 分步杂交解法
• 2.2.2 稳定性参数的选择
• 2.2.3 定解条件
• 2.2.4 开边界强迫函数
• 2.3 模型应用
• 2.3.1 大鹏半岛南部海域水文状况
• 2.3.2 模拟范围
• 2.3.3 模式验证
• 2.3.4 计算结果
• 3 近岸海域水质模型及其应用
• 3.1 水质模型
• 3.1.1 定解条件
• 3.1.2 参数取值
• 3.2 水质模型数据的输入输出
• 3.3 模型应用
• 3.3.1 大鹏半岛南部海域水质现状调查与评价
• 3.3.2 水质预测与评价
• 3.4 大鹏半岛南部海域环境容量
• 3.4.1 大鹏半岛南部海域环境功能区划
• 3.4.2 环境容量
• 3.4.3 削减量
• 3.4.4 削减率
• 3.4.5 大鹏半岛南部海域环境容量计算
• 4 水质数值模拟可视化技术
• 4.1 可视化技术
• 4.1.1 可视化技术概述
• 4.1.2 可视化技术在环境预测中的应用
• 4.2 可视化程序设计方法
• 4.3 ActiveX Automation 技术原理
• 4.3.1 VB 对Surfer 软件二次开发
• 4.3.2 VB 对AutoCAD volo View 控件二次开发
• 4.3.3 插值方法—克里金法[94]
• 4.4 水质模拟可视化技术实现
• 4.4.1 绘制浓度场图
• 4.4.2 绘制流场矢量图
• 4.4.3 图形属性的设置
• 4.4.4 图形文件输出
• 4.4.5 流场和浓度场图显示
• 5 近岸水质模拟可视化系统集成研究
• 5.1 混合编程理论及方法
• 5.1.1 混合编程
• 5.1.2 Visual Basic 与Fortran 混合编程方法
• 5.2 近岸水质数值模拟可视化功能实现
• 5.2.1 信息显示模块
• 5.2.2 计算模块
• 5.2.3 后处理模块
• 5.2.4 水质预测与评价界面
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文