长江口深水航道三维水动力与盐度数值模拟研究

摘要

本文利用FVCOM模型建立了长江口深水航道三维水动力、盐度数值模型,对深水航道整治工程不同阶段的水流、盐度运动规律进行模拟研究,并结合实测资料对近底泥沙运动和航槽淤积进行了分析。本文具体研究内容和结论如下:
　　1、采用FVCOM中的导堤-丁坝模块,对上挑形淹没丁坝附近的水流进行数值模拟,并与已有物理模型试验观测到的自由水面线和流速分布资料进行了比较。结果表明,模型能够合理描述潜堤顶部过水现象,反映潜堤附近三维环流特征。
　　2、为了方便快捷地建立长江口深水航道工程地形系统,建立了专门用于寻找潜堤节点及单元对应关系的算法,优化了大型工程项目中对于窄堤算法的运用。收集大量实测地形资料,并对测量资料进行基面转换统一到黄海基面,建立了长江口深水航道不同工期的地形。
　　3、利用2012年洪季长江口实测潮位、流速流向、盐度资料对所建立的数学模型进行合理性验证,验证结果表明,本文所建立的FVCOM数学模型能够较好的反映长江口水动力、盐度场变化规律。
　　4、深水航道整治工程不同阶段的水动力模拟结果表明,长江口深水航道工程整治建筑物区间内存在大量平面环流与垂向环流,航道两侧的近底横流现象比较明显,这些复杂的水流运动有利于浅滩泥沙进入航槽沉积。。
　　5、不同工况的流线分析与质点追踪结果表明,新浏河潜堤工程的建设可能使三期工程后南北槽分流口处落潮流向南偏转,北槽落潮的分流比有所减小,而且分流比减小与新浏河潜堤工程南沙头通道限流段高程偏高有一定关系。
　　6、采用2012年洪季水位和流量边界条件,分别模拟一期,二期,三期不同工况时长江口深水航道工程的盐度场,分别从盐度的全场变化和南北槽的局部变化,深水航道沿程垂向盐度等方面分析了从一期到三期的盐度变化趋势。
　　7、结合实测近底悬沙数据,进一步推算长江口深水航道内泥沙近底分布情况,并对深水航道拐弯段近底泥沙运动进行了计算及分析。计算结果表明,三期工况下洪季期间(5月~9月),拐弯段内由两侧浅滩进入航槽内的泥沙量按疏浚密度1690kg/m3折合高达3200万方,是造成长江口深水航道淤积严重的重要原因。

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第一章 绪论

1.1研究目的及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究工作

第二章 FVCOM三维水动力模型简介及潜堤模式验证

2.1 FVCOM三维水动力及输运模型

2.2 FVCOM导堤-丁坝模式

2.3 FVCOM导堤-丁坝模型验证

2.4本章小结

第三章 长江口深水航道三维数值模型系统的建立及验证

3.1长江口深水航道工程建设进程

3.2长江口深水航道地形系统的建立

3.3数值模型的验证

3.4验证结果分析

3.5本章小结

第四章 长江口深水航道整治工程不同阶段水动力对比分析

4.1流场分析

4.2分流比分析

4.3质点追踪

4.4本章小结

第五章 长江口深水航道工程洪季盐度场分析

5.1洪季盐度的全场变化

5.2洪季南北槽盐度分析

5.3深水航道沿程盐度垂向分布

5.4本章小结

第六章 长江口深水航道北槽中段（W3）近底泥沙运动分析

6.1北槽悬沙分布特征

6.2近底泥沙输运计算方法

6.3三期航道两侧近底泥沙输运计算结果

6.4不同工况下近底泥沙运动对比

6.5本章小结

第七章 结论与展望

7.1主要结论

7.2研究展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

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