风暴潮作用下的厦门岛沙滩剖面演变数值模拟

摘要

全球气候变化影响下，台风灾害强度增加，强台风会引起大范围的风暴潮、台风浪灾害，造成包括海滩及沙丘侵蚀、沙丘漫溢、洪水、海岸系统的临时性破坏。在海滩演化中，台风起着重要作用，其所引起的风暴增水及大浪，在短时期内会造成海滩形态显著变化。强台风暴潮作用下的海滩的运动机理及剖面形态演变与平常动力条件下有明显区别，传统的剖面形态理论也很难适用。同时针对中国风暴潮作用下的沙滩剖面演变的相应研究尚少，因此进行相关研究具有重要的理论价值和现实意义。
　　本文建立了Delft3D和XBeach的耦合模型，对9914号台风作用下的厦门岛沙质海滩剖面演变进行了数值模拟，主要分析了台风作用下厦门岛沙质海滩剖面演变过程。主要研究成果如下:
　　(1)本文建立的Delft3D波流耦合模型模拟的风暴潮和波浪过程与实测数据验证良好，将Delft3D波流模型与XBeach模型耦合模拟了9914号台风影响下的厦门岛沙质海滩的响应情况。5个特征剖面上模拟的台风引起的滩面泥沙冲蚀和堆积位置与实测较为吻合，且滩面泥沙冲淤量与实测基本一致。建立的Delft3D和XBeach耦合模型验证良好，可用于中国沿海类似的沙质海滩在台风暴潮作用下的沙滩剖面的模拟。
　　(2)本文对XBeach中facua、底摩擦系数和崩塌临界斜率分别进行了敏感性分析。其中facua值与沙滩剖面上部侵蚀量和下部淤积量呈负相关关系，即随着facua值增大，沙滩剖面上部侵蚀量和下部淤积量均减小。随着曼宁系数的增加，台风作用下的沙滩剖面变化相对减小，其中曼宁系数的变化引起的沙滩剖面上部变化更为明显。崩塌临界斜率包括干临界斜率(dryslp)和湿临界斜率(wetslp)。dryslp值的变化引起的沙滩剖面变化较小，而wetslp值的变化引起的沙滩剖面变化较大，其中wetslp值减小时水下沙滩剖面更易发生崩塌过程，导致沙滩剖面的侵蚀量更大。
　　(3)9914号台风作用下沙滩剖面演变的主要过程包括冲蚀形态和冲越、洪泛形态。冲蚀形态过程中，滩面基本没有泥沙向岸输移现象发生，且滩面冲淤变化一般发生在中、低潮带。冲蚀形态过程滩面冲淤变化较为缓慢。冲越和洪泛形态过程虽然持续时间较短，但往往会大量冲蚀中、高潮带滩面上的泥沙，且冲蚀的泥沙主要发生向岸输移并堆积在高潮带上部和陆侧后方位置，少部分堆积在中潮带下部和低潮带甚至输移至外海。9914号台风期间冲越和洪泛形态过程的泥沙冲蚀量在沙滩剖面演变过程总的泥沙冲蚀量中占比可达40％～60％，冲越和洪泛形态是9914号台风作用下厦门岛沙滩剖面演变过程的重要阶段。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 风暴潮数值模拟

1．2．2 沙滩剖面泥沙运动特征

1．2．3 沙滩剖面演变模拟研究进展

1．3 论文研究内容及意义

1．3．1 研究内容

1．3．2 论文实施路线

第二章 台风、Delft3D、XBeach数值模型简介

2．1 台风气压场、风场模型

2．2 Dclft3D模型

2．2．1 水动力模型

2．2．2 波浪模型

2．3 XBeach模型

2．3．1 短波方程

2．3．2 波面滚动能量方程

2．3．3 浅水方程

2．3．4 泥沙运动

2．3．5 底床变形

2．4 模型耦合机制

2．5 本章小结

第三章 模型建立及验证

3．1 研究区域简介

3．1．1 潮汐与潮流

3．1．2 风况及波浪

3．1．3 风暴潮

3．1．4 岸滩特点

3．2 模型设置

3．2．1 模型范围及网格设置

3．2．2 模型参数设置

3．3．1 台风选取

3．3．2 台风场模型验证

3．4 Delft3D波流耦合模型验证

3．5 XBeach模型参数敏感性分析及验证

3．5．1 参数敏感性方法选定

3．5．2 facua参数敏感性分析

3．5．3 底摩擦系数敏感性分析

3．5．4 崩塌的临界斜率敏感性分析

3．5．5 XBeach模型参数值组合选取及验证

3．6 本章小结

第四章 风暴潮作用下厦门岛沙滩剖面演变分析

4．1 风暴响应状况模式

4．2 石胃头沙滩模拟结果分析

4．3 黄厝沙滩模拟结果分析

4．4 太阳湾沙滩模拟结果分析

4．5 珍珠湾沙滩模拟结果分析

4．6 厦大沙滩模拟结果分析

4．7 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

作者简介