Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô hình hóa quy trình vận chuyển trầm tích trong cửa sông có thủy triều lớn
Tóm tắt
Bài báo này phác thảo một nghiên cứu mô hình hóa số để dự đoán các quy trình vận chuyển trầm tích trong một cửa sông có thủy triều lớn, cụ thể là cửa sông Mersey, Vương quốc Anh. Một nghiên cứu mô hình tích hợp được thực hiện để điều tra sự tương tác giữa các quy trình động lực học thủy, hình thái và vận chuyển trầm tích xảy ra trong cửa sông. Mô hình số được sử dụng phổ biến trong các nghiên cứu vận chuyển trầm tích môi trường trên toàn cầu, cụ thể là ECOMSED, được sử dụng để mô phỏng dòng chảy và vận chuyển trầm tích trong cửa sông. Một phương pháp làm ướt và xả khô được đề xuất và áp dụng vào mô hình, trong đó định nghĩa các ô “khô” là những khu vực có lớp chất lỏng mỏng O (cm). Các phương trình sơ cấp được giải trong lớp mỏng cũng như trong các ô ướt bình thường khác. Một mô hình cho vận chuyển trầm tích lòng sông được đưa vào mã để tính toán động học của ranh giới đáy di động. Sự phát triển đáy do vận chuyển trầm tích lòng sông, được tính toán theo van Rijn (1984a), được thu được bằng cách giải phương trình cân bằng khối lượng trầm tích. Một thí nghiệm đường hầm trong phòng thí nghiệm liên quan đến cửa sông được sử dụng để xác minh mô hình. Sáu bộ dữ liệu động lực học được đo từ hiện trường được sử dụng để xác minh các dự đoán tương ứng của mô hình, với các mức nước và độ mặn dự đoán từ mô hình thường phù hợp tốt với các phép đo thực địa. Kết quả mô hình số cho thấy rằng trong cửa sông Mersey, cả mức thủy triều và dòng chảy sông đều ảnh hưởng đáng kể đến vận chuyển trầm tích. Sự đồng nhất hợp lý giữa các kết quả mô hình và dữ liệu thực địa đã được đạt được, cho thấy rằng mô hình có thể được sử dụng như một công cụ dựa trên máy tính cho việc quản lý môi trường của hệ thống cửa sông.
Từ khóa
#mô hình hóa trầm tích #cửa sông #thủy triều lớn #ECOMSED #vận chuyển trầm tíchTài liệu tham khảo
Lakhan V C. Advances in Coastal Modeling. Amsterdam: Elsevier Science, 2003. 595
Holland K T, Elmore P A. A review of heterogeneous sediments in coastal environments. Earth Sci Rev, 2008, 89(3–4): 116–134
Flather R A, Hubbert K P. Tide and surge models for shallow water—Morecambe Bay revisited. In: Davies A M, ed. Boca Raton, FL: CRC Press. Model Mar Syst, 1990. 135–166
Casulli V, Cheng R T. Semi-implicit finite difference methods for three-dimensional shallow water flow. Int J Numer Methods Fluids, 1992, 15(6): 629–648
Oey L Y. A wetting and drying scheme for POM. Ocean Eng, 2005, 9(2): 133–150
Van Rijn L C. Unified view of sediment transport by currents and waves. II: Suspended transport. J Hydraul Eng ASCE, 2007, 133(6): 668–689
Papanicolaou A, Elhakeem M, Krallis G, et al. Sediment transport modeling review—Current and future developments. J Hydraul Eng ASCE, 2008, 134(1): 1–14
Hu C H, Guo Q C. Modeling sediment transport in the lower Yellow River and dynamic equilibrium threshold value. Sci China Ser E-Tech Sci, 2004, 47(Supp I): 161–172
Fang H W, Liu B, Huang B B. Diagonal cartesian method for the numerical simulation of flow and suspended sediment transport over complex boundaries. J Hydraul Eng ASCE, 2006, 132(11): 1195–1205
Wang G Q, Liu F, Fu X D, et al. Simulation of dam breach development for emergency treatment of the Tangjiashan Quake Lake in China. Sci China Ser E-Tech Sci, 2008, 51(Supp II): 82–94
Shen Y M, Liu C. A three-dimensional k-E-kp model in curvilinear coordinates for sediment movement and bed evolution. Sci China Ser E-Tech Sci, 2009, 52(4): 1090–1100
Blumberg A F, Mellor G L. A description of a three-dimensional coastal ocean circulation model. Three-dimensional coastal ocean models, Vol 4. In: Heaps N D, ed. Washington, DC: American Geophysical Union, 1987. 1–16
Hydroqual I. A primer for ECOMSED, Users manual. Version 1.3. New Jersey: HydroQual, 2002. 188
Mellor G L, Yamada T. Development of a turbulence closure model for geophysical fluid problems. Rev Geophys Space Phys, 1982, 20(4): 851–875
Van Rijn L C. Sediment transport, part II: Suspended load transport. J Hydraul Eng ASCE, 1984, 110(11): 1613–1641
Van Rijn L C. Sediment transport, part I: Bed load transport. J Hydraul Eng ASCE, 1984, 110(10): 1431–1456
Wu W, Rodi W, Wenka T. 3D numerical modeling of flow and sediment transport in open channels. J Hydraul Eng ASCE, 2000, 126(1): 4–15
Van Rijn L C. Entrainment of fine sediment particles; development of concentration profiles in a steady, uniform flow without initial sediment load. Delft, The Netherlands: M1531, Part II, Rapport interne, Delft Hydraulic Laboratory. 1981
Van Rijn L C. Mathematical modeling of suspended sediment in non-uniform flows. J Hydraul Eng ASCE, 1986, 112(6): 433–455
Celik I, Rodi W. Modeling suspended sediment transport in nonequilibrium situations. J Hydraul Eng ASCE, 1988, 114(10): 1157–1191
Lin B, Falconer R A. Numerical modelling of three-dimensional suspended sediment for estuarine and coastal waters. J Hydraul Res, 1996, 34(4): 435–456
Rauen W B, Binliang L, Falconer R A. Transition from wavelets to ripples in a laboratory flume with a diverging channel. Int J Sediment Res, 2008, 23(1): 1–12
Soulsby R. Dynamics of Marine Sands: A Manual for Practical Applications. London: Thomas Telford, 1997. 249
Jones P D. The mersey estuary-back from the dead? Solving a 150-year old problem. Water Environ J, 2000, 14(2): 124–130
Burton L R. The Mersey Basin: An historical assessment of water quality from an anecdotal perspective. Sci Total Envi, 2003, 314–316: 53–66
Yuan D, Lin B, Falconer R A. A modelling study of residence time in a macro-tidal estuary. Estuar Coast Shelf S, 2007, 71(3–4): 401–411