天津市科学技术进步奖获奖项目


由天津大学机械工程学院陶建华教授等完成

河流、海洋水环境数值模拟技术及其应用


河流、海洋水环境数值模拟技术及其应用获得2004年天津市科学技术进步奖一等奖。本项目涉及流体力学、计算科学、工程和环境科学等多学科交叉,是天津市科委高新技术攻关项目,也是课题组20多年来研究成果的集成和提升。
一、主要成果 :
1 、 探索和揭示了自然现象和规律:1 )首次揭示了缓坡浅水海湾污染物的输移扩散规律。 发现了波浪是缓坡海岸污染物输移扩散的重要影响因素。从理论上证明了天津沿岸滩涂严重污染的重要原因是由于波浪引起的沿岸流使污染物沿岸徘徊。2 )首次 建立了考虑氮、磷转化和水动力学条件的渤海湾的生态水动力学模型; 研究了渤海湾的浮游生态系统特性和水质评价方法。
2 、 发展了数值模拟的核心技术:1 )"窄缝法"是第一完成人首创的处理动边界方法,已在国内外广泛应用。2 )首次将 "水滚"破碎模型和"波浪多次破碎"模型引入到高阶近似抛物缓坡方程模型中,使之能够用于模拟大面积波浪的折射绕射。3 )首次将高精度紧致差分格式应用到 Boussinesq 方程中,改善了模型对浅水波浪的"非线性"和"浅化特性"的模拟能力。
3 、 出版了43万字的专著"水波的数值模拟":系统地介绍了数值模拟理论、方法及其在水利、海岸、海洋工程和水环境中的应用。书中大量的数值模拟实例,是课题组多年来的研究成果。
4 、 数值模拟平台的集成 :完善了本课题组长期开发的多项数学模型,将软件规范化、商业化,建立了河流、海洋和水环境数值模拟平台,并进行了软件著作权登记。利用该平台进一步研发新的数学模型和软件,具备了软件产业化条件。
二、应用推广及社会经济效益
  用数值模拟技术为毛里塔尼亚友谊港、天津港、黄骅港、珠海港、三亚港、长江口深水航道工程等几十项国内外重大工程服务:为工程解决疑难问题、避免了损失和优化设计起了关键作用。推动了现代数值模拟技术在水运行业应用。
  成果被天津市环保、海洋、规划部门所采纳:用于天津市编制"海洋生态环境研究战略规划",和"天津海岸带开发规划"等,为天津市的海洋环境治理和保护提供了重要的技术支持。
三、预期前景
  用数值模拟的方法来研究河流 、海洋水环境问题是当前国内外通用的手段 。当前及今后较长一段时间内国内外对此类软件的需求很大,该类软件已成为在重大工程问题及生态环境问题研究中不可或缺的工具。
  本课题组开发的软件已在国内多项重大工程及政府规划项目中应用,受到了工程单位及政府相关职能部门的一致好评,有良好的信誉,软件的推广应用有一个坚实的基础。

 

 

 

 

 

 

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