模型介绍

DGCEMS(Discontinuous Galerkin Coastal and Estuarine Modeling System)是基于无积分节点间断有限元方法的建立的高精度非结构化网格数值模型,模型具有高阶精度并满足局部守恒性和紧致性,可应用于实验室及现场尺度的高精度潮流、波浪、河口温盐问题研究。

在节点间断有限元方法的框架下对控制方程进行数值求解,得到的最终半离散格式如右所示:

其中,rx,k、sx,k、ry,k、sy,k与tx,k均为计算单元上插值节点处由上述公式计算所得几何变换系数所组成的列向量。

模型应用

DGCEMS(Discontinuous Galerkin Coastal and Estuarine Modelling System)构建的海岸与河口环境数值模拟系统,能够有效模拟复杂的海岸和河口环境中的多个物理过程,包括水动力学、波流相互作用、盐淡水混合等。该系统在多个领域的应用具有重要的科学意义和工程价值。

1. 水动力学模拟

DGCEMS 系统能够精确模拟海洋和河口区域的潮汐、环流等水动力过程。通过高精度的数值模拟,研究者可以深入了解不同动力机制(如潮汐、风浪、环流等)对水体运动的影响,为海岸工程、港口建设等提供理论支持。

2. 水流与波浪的相互作用

DGCEMS 模型适用于研究波浪与水流之间的相互作用。在复杂地形和浅水区域,波浪不仅会影响水流的速度与方向,还会改变流动的结构与稳定性;反过来,流动也会影响波浪的传播、破碎和能量损失。通过模拟波流耦合过程,DGCEMS 能够揭示近岸波浪的传播与破碎特性,以及这些现象对水动力学和生态环境的影响。

3. 盐淡水混合模拟

DGCEMS 可以模拟盐度、温度等物理性质的输运与混合过程,分析海水和淡水的相互作用。在此基础上,模型进一步研究生态系统对环境变化的响应,例如盐度变化对水生生物栖息地的影响,或河口生态系统中物质循环的变化。