基于潮间带现场数据的底部切应力算法对比

摘要

底部切应力作为水动力和泥沙输移模型中的关键参数,对底床泥沙起动、侵蚀淤积速率的研究十分重要。目前基于现场实测流速数据计算底部切应力的理论方法有6种:LP-mean法、LP-max法、TKE法、TKE_(W)法、RS法和ID法,这些方法都有其特定的适用条件。河口海岸浅水区域水流和波浪作用复杂,遴选合适的方法计算底部切应力非常重要。本文以江苏大丰斗龙港1个观测点(中值粒径为68.56μm)和上海崇明东滩2个观测点(中值粒径分别为12.89μm和45.02μm)为例,利用声学三维高频流速仪ADV(Acoustic Doppler Velocimetry)和波潮仪(RBR-wave)进行现场数据采集,分别用6种理论计算方法对底部切应力进行计算,结果表明:(1)LP-mean法受到平均流速、仪器探头距离底部床面高度以及波浪强弱的影响,会低估底部切应力;(2)LP-max法和TKE法在流速变化幅度较大、波浪作用明显的潮间带浅水环境会高估底部切应力;(3)TKE_(W)法在TKE法的基础上进行了改进,更适用于波浪作用强烈的潮间带浅水环境底部切应力的计算;(4)RS法计算结果受到波浪影响会产生误差,存在较大波浪时,ID法计算结果比RS法计算结果更加可信,但是在水深条件不足时,ID法会高估底部切应力。