海岸河口水动力数值模拟研究及对泥沙运动研究的应用

摘要

该文研究了海岸河口水动力（潮流、波浪、波生近岸流）及其引起的泥沙运动的数值模拟问题.另外,开发了关于不规则三角形网格的若干实用技术,综合介绍了有关泥沙模型中的若干参数的确定方法.该文的主要研究成果如下：1.根据线性波动的叠加原理和波浪方向谱理论,推导出了非缓坡非均匀流场中考虑非线性弥散影响和底摩擦作用的多向不规则波传播的折射绕射方程;结合有限差分方法建立了综合考虑多种因素（非线性弥散影响、非缓坡地形、水流、波浪破碎、岛屿影响、底摩擦波能损失、折射、绕射）的多向不规则波（随机波）传播变形数学模型,该模型适合于海岸河口附近大面积复杂地形海区波浪场计算;2.对波生近岸流基本方程理论和辐射应力理论进行了改进,加入反映波浪破碎作用的项,使基本方程和辐射应力的破碎带内更为合理;3.建立了基于矩形和三角形两种网格的二维潮流、考虑波浪作用的二维潮流、二维波生近岸流及二维泥沙运动的多套有限差分数学模型;考虑波浪作用的二维潮流数学模型和考虑水流作用的波浪数学模型联立求解即构成波浪潮流耦合的数学模型;4.使用垂向σ坐标变换技术,结合有限差分数值方法,建立了基于矩形和三角形两种网格的三维潮流、三维泥沙运动的数学模型.5.开发了有关不规则三角形网格的若干实用技术;6.综合介绍了泥沙模型中若干参数的确定方法及取值范围.

目录

文摘

英文文摘

0绪论

0.1前言

0.2波浪数学模型的研究进展

0.3潮流数学模型的研究进展

0.4波生近岸流数学模型的研究进展

0.5泥沙数学模型的研究进展

0.6本文的工作

1波浪数学模型

1.1前言

1.2缓坡非均匀流场中线性规则波传播的折射绕射方程

1.3非缓坡非均匀流场中考虑非线性弥散影响和底摩擦作用的规则波传播的折射绕射方程

1.4非缓坡非均匀流场中考虑非线性弥散影响和底摩擦作用的多向不规则波传播的折射绕射方程

1.5非缓坡非均匀流场中考虑非线性弥散影响和底摩擦作用的多向不规则波传播的折射绕射方程的数值形式

1.6非缓坡非均匀流场中考虑非线性弥散影响和底摩擦作用的多向不规则波传播折射绕射数学模型在破碎带中的处理方法

1.7非缓坡非均匀流场中考虑非线性弥散影响和底摩擦作用的多向不规则波传播折射绕射数学模型在岛屿等障碍物后边界的处理方法

1.8模型应用

1.9小结

2波生近岸流数学模型

2.1前言

2.2二维波生近岸流基本方程及定解条件

2.3作用力的计算

2.4二维波生近岸流数值方法

2.5模型应用

2.6小结

3潮流数学模型

3.1前言

3.2二维潮流数学模型

3.3考虑波浪作用的二维潮流数学模型

3.4考虑波浪和潮流相互作用的二维流场数学模型

3.5三维潮流数学模型

3.6模型应用

3.7小结

4泥沙数学模型

4.1前言

4.2二维泥沙数学模型

4.3三维泥沙数学模型

4.4有关参数的确定

4.5模型应用

4.6小结

5三角形网格在水动力泥沙数学模型中的若干实用技术

5.1前言

5.2不规则三角形网格的一种自动生成技术

5.3三角形单元面积的计算方法

5.4水动力泥沙控制方程中空间偏导数在三角形网格中的一种离散方法

5.5三角形网格固(岸)边界法向流速为零的处理技术

5.6矩形网格节点数据插值到三角形网格节点上的技术

5.7三角形网格节点数据插值到矩形网格节点上的技术

5.8三角形网格中水质点运移轨迹图的绘制技术

5.9三角形网格中等值线的绘制技术

5.10露滩的处理技术

5.11三角形网格中潜堤的处理技术

5.12小结

6结束语

参考文献

致谢

作者在攻读博士学位期间发表的论文

作者在攻读博士学位期间编写的科研报告