1、近岸物質輸運涉及海洋環(huán)境和泥沙運動兩大重要問題，其范圍可達數(shù)十甚至數(shù)百公里。近岸物質輸運的核心動力為近岸海水的流動，該流動包含了潮流、波浪引起的波生流和風生流等不同海洋動力要素的非等量貢獻。構筑適應大范圍近岸物質輸運數(shù)值計算的水動力平臺，成為近岸物質輸運研究關注的熱點。已有研究中，風生流可通過在潮流模型中加入海面邊界條件加以考慮，而考慮波生流的近岸流場模擬現(xiàn)有兩種方法:一種是近岸波流統(tǒng)一模型，如基于Boussinesq方程的波生流統(tǒng)一模

2、型[122]，另一種是利用獨立的近岸波浪模型計算波浪輻射應力等影響參量，再將其作為驅動因素添加到潮流場中，即為耦合模型。現(xiàn)波流統(tǒng)一模型在實際應用中僅適合于較小范圍計算;而耦合模型可以考慮波浪—潮流的相互影響，又可適應于近岸大范圍海水的流動模擬，是研究大范圍波流耦合的現(xiàn)實途徑。大范圍波浪模擬的控制方程主要為波譜平衡方程，而考慮波浪繞射則需要增加光程函數(shù)方程等進行聯(lián)合求解。此外在數(shù)值計算中為實現(xiàn)波浪和潮流參數(shù)的直接交互，采用同一非結構化網(wǎng)格

3、是便捷有效的方法;同時有限體積法能保證參量在非結構網(wǎng)格下離散時的通量守恒。目前尚缺乏將基于非結構化網(wǎng)格的有限體積法應用于上述波浪模型的相關研究。同樣在考慮波生流的近岸流場模擬研究中，迄今也尚未見利用上述波浪模型與潮流進行耦合的相關研究。
　　本文在非結構網(wǎng)格下，構建了一個考慮波生流影響的大范圍近岸海水流動的耦合模型;并在該水動力平臺上結合物質輸運方程及粒子追蹤方法，構成保守物質輸運模型，對實際海域的保守物質輸運過程和特征粒子遷移規(guī)

4、律進行了應用研究。
　?、呕谛薷暮蟮牟ㄗV平衡方程和光程函數(shù)方程，建立了近岸大范圍波浪模型。模型可考慮波浪繞射效應。波譜平衡方程采用算子分裂法分步數(shù)值求解，變量的空間離散則基于非結構網(wǎng)格采用有限體積法求解。波浪模型考慮了非均勻流場對其傳播變形的影響，且波浪參量離散基于交錯控制體，為后續(xù)與非結構流場模型的耦合提供了參量交互條件。通過多個實例驗證了模型的精度和適應性。
　　⑵耦合三維流場模型與非結構波浪模型，得到近岸波流耦合模型

5、。波浪、潮流及參量交互過程基于同一非結構化網(wǎng)格離散，計算效率較高。模型中流場考慮了波致輻射應力、波浪紊動及波流邊界條件等因素，而波浪場則考慮流場的流速、流向及水位等條件影響。在波致輻射應力項中引入三維計算公式來研究波生流的垂向結構，同時模擬了理想和實際環(huán)境下的波生流場形態(tài)，以及波流耦合過程。結果表明波浪破碎會在近岸產生不同形態(tài)的波生流場，輻射應力的平面和垂向分布不均會引起平面及垂向環(huán)流。
　?、菍⒔恫黢詈夏Ｐ团c物質輸運方程結合

6、，得到近岸波流耦合下的保守物質輸運模型。采用該模型，計算了純浪、純流以及浪流共同作用下保守污染物的遷移擴散問題，并進行了對比研究;模擬了不同條件下的污染物離散系數(shù)、遷移擴散過程，研究了波生流對近岸物質輸運的影響。結果表明:波浪對污染物擴散的影響和流場在同一個數(shù)量級，近岸波浪破碎后產生的沿岸流場是污染物近岸輸移的主要影響因素之一。
　?、冉Y合粒子追蹤法，將波流耦合下的近岸物質輸運模型應用于大連灣及琥珀灣兩個實際海域中，主要研究了近岸

7、保守物質輸運的規(guī)律。在大連灣海域，模擬計算的內容包括:耦合水動力場、余流場、特征粒子的遷移軌跡、保守污染物的輸移特征和規(guī)律以及人工島建設對灣內物質輸運的影響。模擬得到:波生流對灣內流場影響較小，潮流是灣內污染物向外遷移的主要動力。保守污染物主要隨潮致余流的方向遷移，灣南部及灣內各個子灣水域污染物易在灣內滯留。不同方案的人工島對灣內不同區(qū)域的物質輸運的影響不同，其尺度、形狀和位置需進一步優(yōu)化。在旅順琥珀灣海域，研究內容主要是琥珀灣現(xiàn)狀條件