海岸带沙丘漫顶冲刷过程的数值研究

摘要

针对海岸带区域在风暴潮或台风风浪作用下易出现的漫顶冲刷现象,建立了海岸带冲刷过程中的二维潮流、泥沙输移及底床变形的耦合水沙动力学数学模型.该模型基于有限体积法,采用显式格式求解二维水动力、全沙泥沙输移及底床变形方程,并考虑了边坡崩塌、底床急剧变形以及高浓度泥沙输移对水流运动的影响.模型采用中心迎风格式计算界面通量,并通过对界面两侧变量的线性重构,使得该模型具有空间上的二阶精度.为了保证模型的稳定性,采用半隐式的方法对底床摩擦项和局部水头损失项进行离散.模型能够保证计算水深的非负性,具有较强的稳定性.通过对两种不同条件下漫顶冲刷过程进行数值计算,表明该模型能较好地模拟海岸带沙丘在漫顶冲刷过程中的流场分布、泥沙输移和底床变化过程,波、流动力条件对海床变化和泥沙输移具有重要的影响,为海岸带地形变化和防灾减灾提供了科学分析工具.