张家埠新港建成后的冲淤变化及平衡时的极限冲刷深度预测

摘要

在相对稳定的海岸上，正常情况海底泥沙处于冲淤相对平衡状态。但遇到大风浪时，风浪和潮流合成作用，这时，平衡状态被破坏，泥沙被掀起成为悬沙。风停后，水体紊动强度逐渐减弱，海流携沙能力减小，超饱和悬沙沉降，含沙量逐渐减小，直到海底泥沙再次形成某种冲淤相对平衡状态为止。波流共同作用使构筑物原滩面受到不同程度的冲蚀和淤积，而地基稳定性与该区冲蚀深度有着密不可分的关系，当冲刷深度达到一定程度后，不仅构筑物可能发生倾斜、倒塌，造成重大损失，而且将影响周边海底地形的变化，形成与构筑物和复杂海洋水动力的动态联动耦合作用。本文主要研究张家埠新港建成后对海洋环境的影响，港区建设改变了原来的自然岸线和水域状态，流速流向发生一定的变化。码头建设，引堤、围堰工程及航道疏浚工程的建设对局部流场流向有所改变，新的岸线形成以后工程附近涨、落潮流向均较小角度的变化，造成冲淤环境的改变，地形地貌发生相应的变化。本文运用ECOMSED三维模型模拟潮流、波浪(施加风)作用条件下工程周围海域海底地形的演化，对工程建成后的冲淤状况进行模拟，并对流场和浪场二者进行耦合，求得波浪和潮流共同作用下对海底的切应力，与沉积物临界起动剪切力比较，分析其冲淤变化。对于冲刷区域，选择适当的水深步长，迭代计算波流作用下的床面切应力，直到停止冲刷，预测冲淤平衡时的极限冲刷深度，为工程设计和防护提供科学依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1研究意义

1.2国内外概况、发展趋势

1.2.1国外泥沙数值模型的研究

1.2.2国内泥沙数值模型的研究

1.3研究区概况

1.3.1地理位置

1.3.2气象

1.3.3海洋水文

1.3.4工程建设内容

1.4研究内容、研究方法和研究思路

1.4.1研究内容

1.4.2研究方法和研究思路

2.研究区数值模拟系统的构建

2.1潮流场数值模拟

2.1.1模式介绍

2.1.2连续方程

2.2工程区设计波浪要素的计算

2.2.1模式介绍

2.2.2主要控制方程

2.3地形地貌冲淤数值模拟

2.3.1冲刷机理及淤积分析

2.3.2泥沙运动控制方程

2.3.3沉积物再悬浮和沉积计算公式选取

3数值模拟在研究区的应用

3.1研究区水文泥沙概述

3.1.1潮流

3.1.2余流

3.1.3海流观测结果分析

3.1.4波浪

3.1.5研究区地形地貌特征

3.1.6工程附近海域泥沙运移特征

3.1.7沉积物分布特征

3.2计算区域及网格的生成

3.2.1潮流模型

3.2.2波浪模型

3.2.3地形地貌冲淤模型

3.3计算结果分析

3.3.1潮流模型

3.3.2波浪模型

3.3.3地形地貌冲淤模型

4研究区海域冲淤演变趋势分析与预测

4.1波流共同作用下海域极限冲刷深度预测

4.1.1波流共同作用时床面切应力计算

4.1.2海域泥沙起动力

4.1.3工程附近海域极限冲刷深度预测

4.2利用物理模型试验结果预测堤前冲刷深度

5结论与建议

参考文献

致谢