Mô phỏng động lực học và vận chuyển trầm tích trong vịnh Delaware - Luận án tiến sĩ
Luận án tiến sĩ mô phỏng động lực học và vận chuyển trầm tích trong vịnh Delaware. Ứng dụng mô hình số 3D để phân tích quá trình thủy động lực và trầm tích.
Drexel University
Hải dương học
Luan An
Luận văn
Năm xuất bản
Số trang
187
Thời gian đọc
29 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I. Mô Hình Thủy Động Lực Học Cửa Sông Delaware Bay
Delaware Bay là cửa sông quan trọng trên bờ Đông Hoa Kỳ. Nghiên cứu mô phỏng động lực học và vận chuyển trầm tích tại đây sử dụng các mô hình số trị tiên tiến. Công trình luận án tiến sĩ này phát triển hệ thống mô hình toàn diện để hiểu rõ các quá trình thủy động lực học cửa sông. Mô hình tập trung vào dòng chảy triều, vận chuyển bùn cát và các hiện tượng lắng đọng trầm tích. Nghiên cứu áp dụng lưới không cấu trúc trực giao để mô phỏng chính xác địa hình phức tạp. Phương pháp Generic Length Scale được tích hợp để mô phỏng rối động. Kết quả cung cấp cơ sở khoa học cho quản lý tài nguyên nước và bảo vệ môi trường cửa sông. Dữ liệu từ các trạm USGS được sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. Nghiên cứu này góp phần quan trọng vào việc hiểu biết động lực học các hệ thống cửa sông lớn.
1.1. Đặc Điểm Địa Lý Và Thủy Văn Cửa Sông
Delaware Bay nằm giữa bang Delaware và New Jersey. Cửa sông có chiều dài khoảng 85 km từ cửa ra biển đến đầu nguồn. Độ sâu trung bình dao động từ 8-15 mét tại kênh chính. Dòng chảy triều chi phối chế độ thủy động lực với biên độ khoảng 1.5-2 mét. Lưu lượng nước ngọt từ sông Delaware đổ vào khoảng 340 m³/s trung bình. Địa hình đáy phức tạp với các kênh sâu và bãi cạn xen kẽ. Chế độ triều bán nhật triều với hai lần triều lên xuống mỗi ngày. Vùng nước mặn xâm nhập sâu vào nội địa theo mùa.
1.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Mô Hình Số Trị
Mô hình số trị giúp dự báo chính xác dòng chảy và vận chuyển trầm tích. Các công cụ này hỗ trợ quy hoạch phát triển bền vững vùng ven biển. Nghiên cứu cung cấp thông tin cho quản lý chất lượng nước và sinh thái. Mô hình ECOMSED và mô hình Delft3D là các công cụ phổ biến trong lĩnh vực này. Hiểu biết về xói mòn đáy và lắng đọng giúp bảo vệ hệ sinh thái. Dữ liệu mô phỏng hỗ trợ thiết kế công trình thủy lợi và hàng hải. Độ đục nước ảnh hưởng trực tiếp đến sinh vật thủy sinh và chất lượng môi trường.
1.3. Phương Pháp Tiếp Cận Nghiên Cứu Tổng Hợp
Nghiên cứu kết hợp quan trắc thực địa và mô phỏng số. Dữ liệu từ các trạm đo USGS được thu thập liên tục. Phân tích điều hòa triều xác định các thành phần dao động chính. Lưới tính toán được xây dựng bằng công cụ JANET chuyên dụng. Mô hình ba chiều giải quyết phương trình Navier-Stokes. Điều kiện biên được thiết lập từ số liệu quan trắc thực tế. Quá trình hiệu chỉnh đảm bảo độ tin cậy của kết quả mô phỏng.
II. Lưới Không Cấu Trúc Và Mô Hình Rối Động
Lưới không cấu trúc trực giao mang lại nhiều ưu điểm trong mô phỏng cửa sông. Phương pháp này cho phép mô tả chính xác đường bờ phức tạp. Độ phân giải lưới có thể thay đổi linh hoạt theo vùng quan tâm. Vùng có gradient lớn được chia lưới mịn hơn để tăng độ chính xác. Generic Length Scale Model (GLS) mô phỏng quá trình rối động hiệu quả. Mô hình này tích hợp nhiều sơ đồ rối khác nhau trong một khung thống nhất. Các hằng số được hiệu chỉnh dựa trên dữ liệu thực nghiệm. Kết quả cho thấy khả năng tái tạo tốt các đặc trưng dòng chảy. Phương pháp số ổn định và hội tụ nhanh trong điều kiện địa hình phức tạp. Công cụ JANET hỗ trợ tạo lưới tự động và tối ưu hóa.
2.1. Ưu Điểm Của Lưới Trực Giao Không Cấu Trúc
Lưới trực giao giảm thiểu sai số số học trong tính toán. Tính trực giao đảm bảo độ chính xác cao cho gradient áp suất. Lưới không cấu trúc thích ứng tốt với địa hình tự nhiên. Chi phí tính toán giảm so với lưới cấu trúc có cùng độ chính xác. Khả năng làm mịn cục bộ giúp tập trung vào vùng quan trọng. Phương pháp phù hợp cho mô phỏng dòng chảy phức tạp ở cửa sông. Độ ổn định số học được cải thiện đáng kể.
2.2. Mô Hình Generic Length Scale Cho Rối Động
GLS model thống nhất các mô hình k-ε, k-ω trong một khung toán học. Hai phương trình vận chuyển giải cho năng lượng rối và tỷ lệ tiêu tán. Các hằng số mô hình được điều chỉnh theo điều kiện cửa sông. Mô hình tái tạo tốt cấu trúc rối trong lớp biên đáy. Ứng suất Reynolds được tính từ giả thuyết độ nhớt rối. Phương pháp ổn định và cho kết quả tin cậy trong mô phỏng dài hạn. Khả năng mô phỏng phân tầng mật độ là điểm mạnh quan trọng.
2.3. Công Cụ JANET Cho Tạo Lưới Tự Động
JANET là phần mềm chuyên dụng tạo lưới không cấu trúc. Công cụ cho phép nhập dữ liệu địa hình từ nhiều nguồn khác nhau. Thuật toán tự động tối ưu hóa chất lượng lưới. Người dùng kiểm soát độ phân giải theo vùng quan tâm. Giao diện trực quan giúp điều chỉnh lưới dễ dàng. Lưới được xuất ra định dạng tương thích với các mô hình số. Quá trình tạo lưới nhanh chóng và hiệu quả cho vùng nghiên cứu lớn.
III. Mô Phỏng Dòng Chảy Triều Và Phân Tích Điều Hòa
Dòng chảy triều là yếu tố chi phối thủy động lực học Delaware Bay. Phân tích điều hòa triều xác định các thành phần dao động theo thời gian. Các trạm USGS tại Cape May, Lewes, Brandywine Shoal và Ship John Shoal cung cấp dữ liệu. Mỗi thành phần triều có tần số, biên độ và pha riêng biệt. Thành phần bán nhật M2 và S2 chiếm ưu thế trong vùng nghiên cứu. Nodal factor và equilibrium argument được tính cho từng thành phần. Kết quả phân tích điều hòa sử dụng làm điều kiện biên cho mô hình. Mô hình tái tạo chính xác mực nước và vận tốc dòng chảy theo thời gian. Dòng chảy dư được tính bằng cách lọc thành phần dao động triều. Kết quả cho thấy sự phân bố không gian của dòng chảy dư trong cửa sông.
3.1. Các Trạm Quan Trắc USGS Và Dữ Liệu Thu Thập
USGS vận hành mạng lưới trạm đo mực nước và dòng chảy. Trạm Cape May nằm ở cửa vào phía Nam Delaware Bay. Trạm Lewes đặt ở bờ phía Bắc gần cửa biển. Brandywine Shoal Light và Ship John Shoal Light nằm trong cửa sông. Dữ liệu được ghi liên tục với tần suất cao. Các trạm đo mực nước, vận tốc dòng chảy và độ mặn. Thông tin này quan trọng cho hiệu chỉnh và kiểm định mô hình.
3.2. Phương Pháp Phân Tích Điều Hòa Triều
Phân tích điều hòa phân tách tín hiệu triều thành các thành phần. Phương pháp bình phương tối thiểu xác định biên độ và pha. Các thành phần chính bao gồm M2, S2, N2, K1, O1. Tần số mỗi thành phần liên quan đến chu kỳ thiên văn. Nodal factor điều chỉnh biên độ theo vị trí Mặt Trăng. Equilibrium argument xác định pha ban đầu tại thời điểm chuẩn. Kết quả phân tích cho phép dự báo triều chính xác.
3.3. Dòng Chảy Dư Và Ý Nghĩa Sinh Thái
Dòng chảy dư là thành phần không dao động của dòng chảy. Nó được tính bằng cách lọc các thành phần triều từ dữ liệu. Dòng dư quan trọng cho vận chuyển vật chất và sinh vật. Phân bố không gian của dòng dư ảnh hưởng đến tuần hoàn nước. Vùng có dòng dư mạnh thường có độ đục nước cao. Thông tin này hỗ trợ nghiên cứu sinh thái và chất lượng nước. Mô hình tái tạo tốt cấu trúc dòng dư quan trắc được.
IV. Vận Chuyển Bùn Cát Và Lắng Đọng Trầm Tích
Vận chuyển trầm tích là quá trình phức tạp trong môi trường cửa sông. Nghiên cứu sử dụng dữ liệu khảo sát trầm tích và tài liệu khoa học. Mô hình mô phỏng ba quá trình: xói mòn đáy, vận chuyển lơ lửng và lắng đọng. Ứng suất đáy là yếu tố quyết định khởi động vận chuyển trầm tích. Khi ứng suất đáy vượt ngưỡng tới hạn, hạt trầm tích bắt đầu chuyển động. Vận chuyển bùn cát phụ thuộc vào kích thước hạt và vận tốc dòng chảy. Quá trình lắng đọng xảy ra khi vận tốc giảm xuống dưới ngưỡng. Độ đục nước liên quan trực tiếp đến nồng độ trầm tích lơ lửng. Mô hình tái tạo phân bố không gian của vùng xói mòn và lắng đọng. Kết quả phù hợp với quan sát thực địa và dữ liệu viễn thám.
4.1. Cơ Chế Xói Mòn Đáy Và Ứng Suất Tới Hạn
Xói mòn đáy xảy ra khi ứng suất đáy vượt ngưỡng tới hạn. Ứng suất này phụ thuộc vào vận tốc ma sát đáy. Công thức Shields xác định điều kiện khởi động chuyển động hạt. Kích thước hạt và mật độ ảnh hưởng đến ngưỡng xói. Trầm tích dính kết có ngưỡng xói cao hơn cát rời. Mô hình tính toán ứng suất đáy từ trường vận tốc. Vùng có dòng chảy mạnh thường xảy ra xói mòn tích cực.
4.2. Quá Trình Lắng Đọng Và Độ Đục Nước
Lắng đọng trầm tích xảy ra khi vận tốc dòng chảy giảm. Vận tốc lắng của hạt phụ thuộc vào kích thước và hình dạng. Công thức Stokes áp dụng cho hạt mịn trong điều kiện tầng. Độ đục nước đo lường nồng độ trầm tích lơ lửng. Vùng có độ đục cao ảnh hưởng đến sinh thái thủy sinh. Ánh sáng không xuyên qua được nước đục, hạn chế quang hợp. Mô hình dự báo phân bố độ đục theo không gian và thời gian.
4.3. So Sánh Kết Quả Mô Hình Với Quan Trắc
Kết quả mô hình được kiểm định với dữ liệu thực địa. Phân bố trầm tích đáy từ mô hình phù hợp với khảo sát. Vùng lắng đọng chính tập trung ở kênh sâu và vùng nước tĩnh. Xói mòn mạnh xảy ra ở các bãi cạn có dòng chảy nhanh. Độ đục nước mô phỏng tương quan tốt với đo đạc. Sai số trung bình nằm trong giới hạn chấp nhận được. Mô hình có thể sử dụng cho dự báo và quy hoạch.
V. Ứng Dụng Mô Hình ECOMSED Và Delft3D Cho Cửa Sông
ECOMSED và Delft3D là hai hệ thống mô hình tiên tiến cho cửa sông. ECOMSED kết hợp mô đun thủy động lực và trầm tích trong một khung. Mô hình sử dụng lưới cong trực giao sigma cho chiều thẳng đứng. Delft3D phát triển bởi Deltares của Hà Lan với nhiều mô đun linh hoạt. Cả hai mô hình đều giải phương trình Navier-Stokes ba chiều. Phương pháp sai phân hữu hạn được áp dụng trên lưới tính toán. Mô đun trầm tích mô phỏng vận chuyển nhiều phân đoạn kích thước hạt. Các mô hình tích hợp quá trình sinh địa hóa và chất lượng nước. Giao diện đồ họa giúp thiết lập và phân tích kết quả dễ dàng. Cộng đồng người dùng rộng lớn cung cấp hỗ trợ và tài liệu phong phú.
5.1. Đặc Điểm Và Cấu Trúc Mô Hình ECOMSED
ECOMSED viết tắt của Estuarine Coastal Ocean Model with Sediment. Mô hình phát triển từ POM (Princeton Ocean Model) nổi tiếng. Lưới sigma theo địa hình thích hợp cho vùng nước nông. Phương trình liên tục và động lượng được giải bằng phương pháp mode splitting. Mô đun trầm tích tính toán xói, vận chuyển và lắng đọng. Nhiều lớp trầm tích đáy được mô phỏng với độ cứng khác nhau. Mô hình đã được áp dụng rộng rãi cho các cửa sông Bắc Mỹ.
5.2. Hệ Thống Mô Hình Delft3D Và Các Mô Đun
Delft3D bao gồm nhiều mô đun cho các quá trình khác nhau. Mô đun FLOW giải quyết thủy động lực học hai và ba chiều. Mô đun SED mô phỏng vận chuyển trầm tích không dính kết. Mô đun MUD xử lý trầm tích dính kết và bùn. WAQ mô đun chất lượng nước với nhiều thông số sinh địa hóa. WAVE tính toán sóng và tương tác sóng-dòng chảy. Các mô đun tích hợp chặt chẽ qua giao diện chuẩn.
5.3. Lựa Chọn Mô Hình Phù Hợp Cho Delaware Bay
Việc lựa chọn mô hình phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu. ECOMSED phù hợp cho nghiên cứu tổng hợp thủy động và trầm tích. Delft3D linh hoạt hơn với nhiều mô đun mở rộng. Cả hai mô hình đều có khả năng mô phỏng Delaware Bay. Dữ liệu đầu vào và điều kiện biên cần chuẩn bị kỹ lưỡng. Quá trình hiệu chỉnh đòi hỏi thời gian và dữ liệu quan trắc. Kết quả từ cả hai mô hình có thể so sánh để tăng độ tin cậy.
VI. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Tương Lai
Nghiên cứu đã phát triển thành công mô hình thủy động lực học và trầm tích cho Delaware Bay. Lưới không cấu trúc trực giao cho phép mô tả chính xác địa hình phức tạp. Mô hình Generic Length Scale tái tạo tốt quá trình rối động trong cửa sông. Phân tích điều hòa triều cung cấp điều kiện biên tin cậy cho mô phỏng. Kết quả mô hình phù hợp tốt với dữ liệu quan trắc tại các trạm USGS. Phân bố vùng xói mòn và lắng đọng được xác định rõ ràng. Độ đục nước mô phỏng phản ánh đúng thực tế môi trường. Nghiên cứu cung cấp công cụ hữu ích cho quản lý tài nguyên và môi trường. Hướng phát triển tương lai bao gồm tích hợp mô đun chất lượng nước và sinh thái. Mô hình có thể mở rộng để đánh giá tác động biến đổi khí hậu.
6.1. Thành Tựu Chính Của Nghiên Cứu Luận Án
Luận án phát triển mô hình ba chiều cho Delaware Bay. Lưới tính toán được tối ưu hóa cho vùng nghiên cứu rộng lớn. Mô hình tái tạo chính xác dòng chảy triều và dòng dư. Quá trình vận chuyển trầm tích được mô phỏng chi tiết. Kết quả được kiểm định với dữ liệu từ nhiều nguồn. Công cụ này hỗ trợ hiểu biết sâu về động lực học cửa sông. Phương pháp có thể áp dụng cho các cửa sông khác.
6.2. Hạn Chế Và Thách Thức Cần Khắc Phục
Mô hình chưa tích hợp đầy đủ quá trình sinh địa hóa. Dữ liệu trầm tích đáy còn hạn chế ở một số vùng. Hiệu chỉnh các thông số mô hình đòi hỏi nhiều thời gian. Độ phân giải lưới cần tăng để mô phỏng chi tiết hơn. Tương tác sóng-dòng chảy chưa được xem xét đầy đủ. Ảnh hưởng của thực vật thủy sinh cần nghiên cứu thêm. Chi phí tính toán cao cho mô phỏng dài hạn.
6.3. Định Hướng Nghiên Cứu Và Ứng Dụng Mở Rộng
Tích hợp mô đun chất lượng nước để đánh giá ô nhiễm. Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu lên động lực cửa sông. Phát triển hệ thống dự báo thời gian thực cho quản lý. Áp dụng mô hình cho kịch bản quy hoạch và phát triển. Nghiên cứu vận chuyển ô nhiễm và vi sinh vật. Đánh giá tác động của nạo vét lên môi trường trầm tích. Kết hợp dữ liệu viễn thám để cải thiện độ chính xác mô hình.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (187 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộSimulation of Hydrodynamics and Sediment Transport Patterns in Delaware Bay A Thesis Submitted to the Faculty of Drexel University by Tevfik Kutay Celebioglu in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy November 2006 UMI Number: 3240330 INFORMATION TO USERS The quality of this reproduction is dependent upon the quality of the copy submitted. Broken or indistinct print, colored or poor quality illustrations and photographs, print bleed-through, substandard margins, and improper alignment can adversely affect reproduction. In the unlikely event that the author did not send a complete manuscript and there are missing pages, these will be noted. Also, if unauthorized copyright material had to be removed, a note will indicate the deletion.
® UMI UMI Microform 3240330 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code. ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P.
Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 Drexel University Office of Research and Graduate Studies Thesis Approval Form (For Masters and Doctoral Students) Hagerty Library will bond a copy of this form with each copy of your thesis/dissertation. This thesis, entitled Simulation of Hydrodynamics and Sediment Transport Patterns in Delaware Bay and authored by_ Tevfik Kutay Celebioglu , is hereby accepted and approved. Signatures: Chairman, Examining Committee: Supervisjig Professor: / “ane hh ; Vo I (ane VA il Dedications This work is dedicated to my son, whose heart will beat in a brave new world. iii Acknowledgements This thesis is a result of four years of work, during which I have been inspired by many people.
| would like to take this opportunity to express my gratitude to them. I would like to express my gratitude to my advisor Dr. Michael Piasecki for his guidance, generosity and kindness. He made it possible for me to get a NASA fellowship, a “Best Teaching Assistant Award” and this degree.
In my four years at Drexel University, he let me find my way, helped me to be productive, let me do what I liked the most: teaching, and prepared me for my future career. You can see his imprints from the first day of this research to the last. I would like to thank all the committee members, Dr. Richard Weggel, Dr.
Christopher Sommerfield, Dr. Ralph Cheng and Dr. Weggel taught me so much in his courses; he kindly provided me help whenever I asked for it. Sommerfield’s expertise in Delaware Bay sediments led me in my modeling efforts.
Cheng, made my visit to USGS possible, where I implemented my turbulence code into the UnTRIM engine, I won’t forget his kindness. Olson didn’t hesitate to accept my offer to be in my committee. I am grateful to all of them. I would also like to thank my officemates, Bora Beran and Yoori Choi for their friendship and support.
I would like to thank my mother, my father and my sister, for their support, encouragement and love. They were there for me when I needed them. Finally I would like to thank to my wife, my love, my baby’s mother, for bearing with me. She shared every minute of my work, joy and sorrow.
It wouldn’t be possible without you. Table of Contents IILSM9) 39. Vi LIST OF 9/60). vii ABSTRACT ou.ẶẶ SH H111 111 1x key | <6 0c.
LH HH nh ng nh ng 3 1. Specific needs for Delaware ESẦUATY.c TQ L SH HH ng niên 8 1. Objectives of the Study.- o ch Họ TT H0 0 12 1. Organization of the theSIS.-- 5 Sàn HH HH HH ng 15 CHAPTER 2: NUMERICAL MODELL.
Aspects of 3-D modeling. Choice of Appropriate COe. 4 nọ th TH TH HH nh ng bo 18 2. sọ TH TH.
Unstructured Orthogonal GTi(. cọ HH HH TH TH HH gu 27 2. Generic Length Scale Model .-- sóng 31 CHAPTER 3: HYDRODYNAMIC MODELING. c0 HH TH ng HH Hư42 3.
Characteristics of the EStUATY. Review of Previous SfUdÌ€S. cọ HH nenvkcộ45 3. Grid Generation with JANET vou.
ccc ch HH HH HH ng ke 49 `. Results and DISCUSSIOT.L LH HH HT HH ng ng và 75 CHAPTER 4: SEDIMENT MODELING.L HH HH HH He crssk 103 4.L LH n HT ng KT ng re 103 4. Sediment Surveys and LIf€TAfUT. co tt ng vn 103 4.
Theory of Models.-- HH HH ng ng 107 4. HH HH HH HH HH TH TH KH nh 110 4. Results and DiSCUSSIOTS. Gvkg 118 CHAPTER 5: CONCLUSIƠNS.G QQ ng ke 137 5.
Summary and Conclusions. --- «sàn HH g nngygry 137 5. G0 Họng 1 gen 142 LIST OF REFERENCES. ng vế 143 vì List of Tables Values of Constants for Generic Length Scale Model.
co 37 USGS Station Names and Numbers,.- TH HH ng ke 67 Nodal Factor and Equilibrium Argument of Tidal Constituents. 71 Frequency and Period of Each Tidal Constifuent. sex, 71 Harmonic Analysis Results for Cape May Station. se, 84 Harmonic Analysis Results for Lewes Sfation.
nen xe 84 Harmonic Analysis Results for Brandywine Shoal Light Station. 85 Harmonic Analysis Results for Ship John Shoal Light Station. 85 Phase of Each Tidal Constituent at Cape May Station. Phase of Each Tidal Constituent at Lewes Station.
Phase of Each Tidal Constituent at Brandywine Shoal Light Station. Phase of Each Tidal Constituent at Ship John Shoal Light Station. Root Mean Square Error for Salinity Time Series. Delaware River Suspended Sediment Load.
- St ng gieo 116 15. Schuylkill River Suspended Sediment Load. Type of Bedload FormulatiOTIS.- - SH nh TT ng 0 10 kg. 172 Vil List of Figures Orthogonal unstructured grid on a 2-D pÌane.-- sàn nh He 25 Delaunay triangulation with Voronoi tessellation.::ccccsceeesseteeeeeereetsceeees 26 Tidal Delaware River Basimn.
cà HH HH TH HH HH như 43 Bathymetry (DTM) of the domain. --- Sàn HH Hye 32 Polygons used to split the domain into four sub-domains. 55 Alignment of elements to the navigation channel near Rancocas Creek. 56 Gradual change in grid size near eW€S.-- -- Án H99 Hư 58 Level of deviation from orthogonality for a quadrilateral element.
-- -«- c9 HT HT HT Hà 9 nà 60 11. Mixed quadrilateral and triangular gT1d. Construction pOÏYðOTIS.-- -- Ác HH TH TH TT TH ni ni 62 13. Nested triangular eÏern€rifS.
Vdatum domain COV€TAØ. -GQ HT TH Tế 64 15. Gauging stations in Delaware River Basin. Inflow hydrograph for major TÏVTS.
- -- -- si HH HH nh nh HH 66 17. Tidal forcing for an element at the continental shelf boundary. Along and across - shelf wind forcing. Location Of SfAfIOTNS.
- cọ nọ gu và 77 VIH 21. Measured and simulated water levels with different turbulence closures at Cape J0) P. Measured and simulated water levels with different turbulent closures at Lewes M000. Measured and simulated water levels with different closures at Brandywine Shoal 1n 010707.
Measured and simulated water levels with different turbulent closures at Ship John Shoal Light Station 0. Location of upstream Stations. Water surface elavations for algebraic model. Measured and simulated salinity values at Ship John station.
Tidal averaged salinity profiles 10. Along channel salinity profile for a flood tide. Along channel salinity profile for ebb tÏde. Turbulence parameters for GLS closures at Ship John Shoal Light.
Maximum velocity profiles for flood and ebb tides for Ship John Shoal Light StALION 0 ốố. Configuration of sediment transport mOdel. -- -- «sex xe ree 107 35. Suspended sediment load for Delaware R.
Suspended sediment load for Schuylkill RÌÏV€T. Inflow values during the sfOrTm.-- sọ HH HH ng kp 118 38. Tidally averaged simulation results and survey da†a. Settling velocity amplitudes along shipping channel.
Sediment concentrations (mg/l) along shipping channel for a flood tide. Sediment concentrations (mg/l) along shipping channel for an ebb tide. Sedimentological and geological survey of the upper Delaware Estuary. Erodible depth at the end of simulÌatiOn.-- k9 HH9 gi, 127 44, Comparison of simulation and survey reSuÌS.
Snapshots of erosion and deposition for the last 15 days of simulation. Suspended sediment concentrations (mg/l) for the test case ( 0-3 days). Suspended sediment concentrations (mg/l) for the test case ( 3-6 days). Suspended sediment concentrations(mg/I) for the test case ( 6-9 days).
Erosion depths (mm) for bottom sediments with and without storm. Calibration range of bed load formtuÌas. 172 Abstract Simulation of Hydrodynamics and Sediment Transport Patterns in Delaware Bay Tevfik Kutay Celebioglu Michael Piasecki, Ph. This research seeks to increase understanding of hydrodynamic processes influencing the salinity intrusion and sediment transport patterns by simulating the complex flows in Delaware Estuary.
For this purpose, a three-dimensional numerical model is developed for the tidal portion of the Delaware Estuary using the UnTRIM hydrodynamic kernel. The model extends from Trenton, NJ south past the inlet at Cape May, NJ and incorporates a large portion of the continental shelf. The simulation efforts are focused on summer 2003. A variable, harmonically decomposed, water level boundary condition of three diurnal (Ki, Qi, O) and four semi- diurnal (K2, S2, N2, Mz) components are used to regenerate the observed tidal signals in the bay.
The effect of forcing by the Chesapeake Bay through the Chesapeake-Delaware canal is also modeled. The major forcings such as inflow and wind is used to better reproduce the observed characteristics. Various turbulence closure models are compared for use in Delaware Estuary to best represent the salinity intrusion patterns. In particular, seven different turbulence closures, five of which are two-equation closure models, are used for comparison.
Four of these models are implemented in the UnTRIM hydrodynamic code using Generic Length Scale xi (GLS) approach that mimics the models through its parameter combinations. The original Yamada Mellor level 2.5 code is used as the fifth one. The water levels are compared with data available from National Oceanic and Atmospheric Administration observation stations. Harmonic analysis to observations and simulations are performed.
All turbulence models perform similar in performance representing the tidal conditions. Salinity time series data is available at Ship John Shoal Light Station for the 62 day simulation period. In addition to the time series data, a survey performed by University of Delaware along the main shipping channel in June 2003 is available. Simulation with different turbulence closures yielded substantially different results.
Among the seven closures compared, the k-e parameterization of GLS is found to best represent the observed salinity characteristics. The k-é model is used in the sediment transport modeling. The model results are compared to the available sediment data from a survey performed in spring 2003. The location of turbidity maximum is accurately identified by k—e model.
Background The Delaware Estuary is located in the Mid-Atlantic region of the United States, surrounded by portions of Pennsylvania, New Jersey and Delaware. An estuary is where fresh water from a river mixes with salt water from an ocean or bay. The Delaware Estuary stretches approximately 210 km (Sharp, 1984), from the falls of the Delaware River between Trenton, New Jersey, and Morrisville, Pennsylvania, south to the mouth of the Delaware Bay between Cape May, New Jersey, and Cape Henlopen, Delaware. Delaware Estuary is one of the most heavily used estuary systems in the U.
The Estuary supports one of the world’s greatest concentrations of heavy industry, the world’s largest freshwater port, and the second largest refining petrochemical center in the U.; 70% of the oil shipped to the East Coast of the United States passes through the Delaware Estuary (Santoro, 2004). The port system generates $19 billion in annual revenue. The annual harvest of Eastern oysters from the Estuary exceeds $1.5 million in market value. The Delaware River and Estuary system provides drinking water to over 9 million people (Sutton, 1996).
The Estuary also receives wastewater discharges from 162 industries and municipalities and approximately 300 combined sewer overflows. The estuary is also an important ecosystem to numerous species. It is an important resting and feeding area for millions of migrating birds.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Mô phỏng động lực học và vận chuyển trầm tích ở Delaware Bay" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án tiến sĩ mô phỏng động lực học và vận chuyển trầm tích trong vịnh Delaware. Ứng dụng mô hình số 3D để phân tích quá trình thủy động lực và trầm tích.
Luận án "Mô phỏng động lực học và vận chuyển trầm tích ở Delaware Bay" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Drexel University. Năm bảo vệ: 2006.
Luận án "Mô phỏng động lực học và vận chuyển trầm tích ở Delaware Bay" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Mô phỏng động lực học và vận chuyển trầm tích ở Delaware Bay" thuộc chuyên ngành Hải dương học. Danh mục: Hải Dương Học.
Luận án "Mô phỏng động lực học và vận chuyển trầm tích ở Delaware Bay" có bao nhiêu trang?
Luận án "Mô phỏng động lực học và vận chuyển trầm tích ở Delaware Bay" có 187 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Mô phỏng động lực học và vận chuyển trầm tích ở Delaware Bay" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.