粉沙淤泥质海岸水流泥沙数学模型理论及工程应用

摘要

本文结合当前港口建设中所关注的粉沙淤泥质海岸建港问题进行了主要研究。在文章中结合粉沙质沙的特性对粉沙淤泥质海岸进行定义，同时分析了该海岸类型下的泥沙运动特点，在总结前人研究理论的基础上提出了自己的研究方法。 泥沙运动特点是港口海岸建设工程中必然要考虑的问题，本文由粉沙淤泥质海岸泥沙运动特点建立起水流泥沙方程，根据粉沙质泥沙特性分别建立悬移质、推移质输沙方程，以及床面变形方程，对于泥沙冲淤模型采用平衡挟沙的原理进行计算，希望能提出一个合理有效的计算模型。与此同时，采用二维迎风有限元方法解决二维水流泥沙问题，用三角形网格对计算区域进行剖分，同时为了节省计算机内存，采用集中质量法进行计算。 在建立模型过程中，对于模型方程中有关物理量的确定，在以往研究的基础上又进行了进一步的改进，对前人的工作进行了发展与延伸，同时对海床稳定性条件进行了研究，给出了床面处于不冲不淤的稳定平衡状态的条件，对海床的稳定性判别给出了一个较为具体的判定条件。 最后，为了对所建数学模型进行验证，针对所提出的二维水流泥沙数学模型方程，编制计算程序，并将程序运用于福清湾元载码头三期扩建潮流泥沙计算，结合计算结果对工程的布置及规模确定给予适当的建议，并且希望在此研究基础上该模型能够对粉沙淤泥质海岸泥沙运动特性研究有所帮助，特别是针对于潮流动力作用很强的粉沙淤泥质海岸河口。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1概述

1.2粉沙淤泥质海岸的界定及泥沙运动特点

1.2.1粉沙质海岸的界定

1.2.2粉沙淤泥质海岸泥沙运动特点

1.3粉沙淤泥质海岸研究方法与进展

1.4潮流泥沙数学模型的发展

1.5本文的主要研究特点、内容及意义

第二章水流模型

2.1水流模型基本控制方程

2.2水流模型方程的离散

2.2.1数值模型离散方法

2.2.2模型方程的离散

第三章河口海岸泥沙运动模型

3.1泥沙运动方程

3.1.1泥沙运动基本方程的建立

3.1.2泥沙模型方程的离散

3.2模型方程中有关物理量的确定

3.2.1悬移质中非造床质的含量Pk的确定

3.2.2泥沙起动流速Uc的确定

3.2.3泥沙悬浮条件(扬动流速)的确定

3.2.4泥沙起悬量Pi的确定

3.2.5泥沙沉降量Di的确定

3.2.6卡门常数K的确定

3.2.7波浪作用对床面泥沙运动的影响

3.3海床稳定性条件

第四章数学模型计算分析

4.1工程区域概况

4.2研究目的及主要内容

4.2.1研究目的

4.2.2具体研究内容

4.3计算区域地貌及沉积物分布特征

4.3.1本区基本地貌及沉积物类型分析

4.3.2平均粒径Mz等值线特征

4.4水文动力要素分析

4.4.1潮汐、潮流特征分析

4.4.2波浪要素分析

4.5模型建立及计算

4.5.1计算区域及网格划分

4.5.2边界的确定

4.6计算结果分析

4.6.1流场计算结果分析

4.6.2码头区域含沙量变化分析

4.7模型验证

4.8对港口布局的建议

第五章结论与展望

附录

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢