台州湾悬沙运动的二维数学模型

摘要

“波浪掀沙，潮流输沙”是波流共同作用下的河口海岸泥沙运动机制。台州湾海域是强潮海域，同时也是浙江省强波浪作用海域之一，对波流共同作用下台州湾悬沙运动的研究，揭示其规律，不仅可以为该地区海岸工程提供依据，而且对了解河口及海岸的演变规律，保护海洋环境等有深刻的意义。 本文在现有河口海岸动力学理论、泥沙运动理论和数值计算方法的基础上，建立了一个波浪和潮流共同作用下台州湾平面二维悬沙计算的数值模型，该模型主要由三部分组成，即波浪模型、考虑了波浪作用的二维复合流场模型及二维悬沙输运模型。在建立复合流场模型过程中考虑了波浪辐射应力对潮流的作用，同时在悬沙输运模型利用切应力方法来确定对流扩散方程中的泥沙源函数，底部剪切应力是通过波—流共同作用下的非线性模式计算得到。经过验证计算结果与实测结果吻合较好，基本上再现了台州湾当时的潮流场及悬沙浓度分布场。 在验证的悬沙数学模型的基础上，本文对台州湾大小潮的悬沙浓度分布及悬沙运动情况进行了研究，并对大潮过程中，纯潮流和波流共同作用下的悬沙分布规律进行了比较与分析，定量分析了波浪在台州湾悬沙运动中的作用，得出如下结论： 台州湾的悬沙浓度在时间上呈现明显的涨落潮和大小潮周期变化。涨潮时悬沙浓度自台州湾向椒江口内递增，浓度由椒江口内向口外浓度由高到低，呈放射状分布；同时，大潮含沙量大于小潮含沙量。在NE向波浪作用下，在椒江河口纯潮流和波流共同作用下的悬沙浓度分布差异不大，可以认为在该地区对泥沙悬浮与再悬浮起决定作用的是潮流，波浪的影响不大：在深水区，波浪作用也不明显；而对处在椒江河口口外的台州湾(特别是浅水区域)的泥沙的悬浮与再悬浮，波流共同作用下要比单纯潮流作用下悬沙浓度要大的多，如在4m等深线处的测点大潮平均悬沙浓度增幅达到了75％，这说明对于台州湾这样的强潮海域，波浪在泥沙悬浮过程中起着不可忽视的作用，因而也必然会对其地形的塑造产生重要影响。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究意义

1.2河口水动力数值模拟的研究现状

1.2.1潮流数值模拟研究现状

1.2.2波浪数值模拟研究现状

1.2.3波浪与潮流的相互作用

1.3泥沙模型的研究现状

1.3.1泥沙源函数的确定方法

1.3.2国内外研究现状

1.4椒江河口及台州湾研究现状

1.5本文主要工作

第二章水动力及恳沙数学模型的构建

2.1潮流数学模型

2.1.1基本方程

2.1.2定解条件

2.1.3数值方法

2.2波浪数学模型

2.3悬沙数学模型

2.3.1控制方程

2.3.2定解条件

2.4本章小结

第三章台州湾自然环境及泥沙概况

3.1地理及地貌

3.2潮汐潮流

3.2.1潮汐特性

3.2.2潮流特性

3.3风况

3.4波浪

3.4泥沙特性

第四章水动力数值模拟

4.1潮流模型

4.1.1研究范围

4.1.2地形资料及模型配置

4.1.3参数的选取及有关问题的处理

4.2波浪模型

4.3模型结果验证

4.3.1潮位验证

4.3.2潮流验证

4.4模型结果分析

4.5本章小结

第五章悬沙运动的数值模拟

5.1模型参数选取

5.2模型结果验证

5.3台州湾悬沙运动规律

5.4对纯潮流及波流共同作用下的悬沙分布的讨论

5.5本章小结

第六章结论及建议

6.1主要结论

6.2建议

参考文献

致谢