基于過程的沿岸輸沙及地形演變平面二維數(shù)學(xué)模型研究.pdf

1、沙質(zhì)海岸具有豐富的自然資源和優(yōu)美的風光，是人類生活的聚居地。近年來，人們對沙質(zhì)海岸的開發(fā)利用日益頻繁。人工建筑物的出現(xiàn)打破了沙質(zhì)海岸原有的動力平衡，加劇了海岸地形的演變。沿岸輸沙是影響沙質(zhì)海岸長期地形演變的重要因素。因此，建立能合理地反映沿岸輸沙分布特征的數(shù)學(xué)模型，研究人類活動影響下沙質(zhì)海岸地形演變的規(guī)律具有重要意義。為了克服傳統(tǒng)一線模型的不足，本文在提出具有橫向分布懸移質(zhì)沿岸輸沙率公式、建立波浪與水動力實時耦合波生沿岸流數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)

2、上，建立了非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格海岸地形演變的二維數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用于人工建筑物影響下沙質(zhì)海岸沿岸輸沙和地形演變規(guī)律的研究。具體的研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　（1）基于能量原理建立了懸移質(zhì)沿岸輸沙公式，該公式可以描述沿岸輸沙的橫向分布。收集了大量觀測數(shù)據(jù)率定公式中的能量傳遞系數(shù)。提出了破碎波能量傳遞系數(shù)與Dean數(shù)之間的關(guān)系。將公式的計算結(jié)果與野外觀測數(shù)據(jù)進行比較，結(jié)果表明本文建立的公式能較合理地反映不同波浪條件下沿岸輸沙的橫向分布規(guī)律。

3、>　?。?）將本文建立的懸移質(zhì)輸沙公式沿破波帶積分獲得總沿岸輸沙，收集了高質(zhì)量的觀測數(shù)據(jù)，對該公式以及工程中常用的總沿岸輸沙公式進行比較評價。結(jié)果表明本文提出的公式、van Rijn公式和《港口與航道水文規(guī)范》公式的計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)具有較好的一致性。
　?。?）將波浪模型SWAN和近岸流模型FVCOM進行實時耦合，建立了平面二維波生沿岸流數(shù)學(xué)模型。模型綜合考慮了波面水滾、波浪引起的水平摻混和波流共存時底部切應(yīng)力的影響。對水滾能量

4、傳遞系數(shù)α和波浪引起的水平摻混公式中的經(jīng)驗系數(shù)λ進行敏感性分析，并基于數(shù)值實驗的結(jié)果，給出了經(jīng)驗系數(shù)的推薦取值。收集了實驗室和現(xiàn)場波生流的觀測數(shù)據(jù)檢驗?zāi)Ｐ偷暮侠硇浴＝Y(jié)果表明，模型能較為合理地反映近岸波浪的傳播變形以及沿岸流的分布規(guī)律。
　?。?）基于有限體積法，建立了非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格平面二維海岸地形演變數(shù)學(xué)模型。該模型由波浪模型、近岸流模型、泥沙輸運模型和地形演變模型四部分組成。泥沙輸運模型綜合考慮了底坡對推移質(zhì)輸沙的影響、波浪破碎對

5、懸移質(zhì)輸沙的影響和波浪上爬帶沿岸輸沙的作用。地形演變模型采用有限體積法求解泥沙的質(zhì)量守恒方程。收集了防波堤影響下海岸地形演變的物模實驗驗證模型的合理性。結(jié)果表明，模型能較合理地描述防波堤周圍的地形演變。
　?。?）應(yīng)用建立的海岸地形演變數(shù)學(xué)模型，研究了廣東惠來電廠防波堤工程實施前后靖海灣的沿岸輸沙和岸線演變規(guī)律。防波堤工程實施前，靖海灣灣頂海域的凈沿岸輸沙方向為自東向西，灣頂處于侵蝕狀態(tài)。防波堤工程實施后，灣頂海域的凈輸沙方向變?yōu)?/p>