河口海岸三維水沙運動的間斷有限元模型研究.pdf

1、三維數(shù)學模型是解決復雜條件下水沙運動的重要手段之一,在河口海岸工程泥沙問題的研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。本文基于間斷有限元方法建立了河口海岸三維水沙數(shù)學模型,數(shù)模結果與典型問題的解析解和實驗數(shù)據(jù)進行了比較,證明了所建模型的可靠性和合理性。進一步利用該模型對黃驊港海域水沙運動進行了模擬研究,分析了泥沙運動和航道淤積變化規(guī)律。本文的主要研究內容和結論如下:
　　(1)基于新型數(shù)值方法—間斷有限元方法,建立了波流共同作用下的三維水動力

2、數(shù)學模型,在該模型中考慮了垂向變化的輻射應力、波浪破碎引起的水滾效應、波浪產(chǎn)生的附加紊動效應以及波流共同作用下的底部切應力。選取典型算例對所建模型進行了測試和驗證,結果表明所建數(shù)學模型的水動力計算結果與解析解和實測結果吻合程度較好。
　　(2)基于間斷有限元方法求解對流擴散方程,并在模型中引入斜率限制器以抑制非物理振蕩,增強模型的穩(wěn)定性和捕捉間斷濃度的能力,建立了具有二階數(shù)值精度的波流共同作用下三維懸沙輸移數(shù)值模型。模型針對不同波

3、流動力條件,引入了純流、純波、波浪破碎影響以及波流共同作用等條件下的垂向擴散系數(shù)分布,并考慮了近底高含沙對水體紊動抑制的影響。利用大量經(jīng)典解析解和水槽試驗數(shù)據(jù)與模型模擬結果進行了比較,驗證了所建模型的合理性。
　　(3)黃驊港海域潮流泥沙過程觀測資料以及大風天波浪過程與航道淤積實測數(shù)據(jù)與模型模擬結果的比較表明,所建模型可以合理描述現(xiàn)場海域水沙運動,可以應用于工程泥沙問題的研究。模型的多組分泥沙模式也可以合理描述航道沉積泥沙中值粒徑