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强风浪过程中近岸泥沙运动的数值模拟

作　者: 林全泓
导　师: 张庆河
学　校: 天津大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 不规则波破碎 能量耗散模型 SWAN风浪模型 ADCIRC潮流模型 波流耦合 细颗粒泥沙挟沙能力 泥沙运动模型
分类号: TV142
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要


海岸工程中的一个重要课题是泥沙的悬扬、输运和沉积问题，建立能够描述实际泥沙运动的数值模型对这一课题的研究有极大帮助。合理描述和模拟泥沙运动的前提是对风、浪、流共同作用下的波浪场和潮流场进行准确模拟和建立反映泥沙运动规律的数学模型。沿这一途径，本文首先建立了适用于平缓岸坡上不规则波的破碎和能量耗散模型，然后引入SWAN风浪模型和ADCIRC潮流模型，通过对波浪场和潮流场进行迭代耦合计算，实现了对波流共同作用下波浪场和潮流场的数值模拟。用现场实测资料对计算结果进行验证，结果显示：耦合结果与实测值吻合较好，且要优于未耦合结果。以窦国仁等提出的悬移质挟沙能力公式为基础，提出了更为符合实际海岸波能演化规律的波流共同作用下细颗粒泥沙挟沙能力的表达形式，并在对波浪场和潮流场耦合模拟的基础上，对强风浪过程中波流共同作用下的泥沙运动进行数值模拟，最终建立了可以描述复杂海岸动力作用下泥沙运动的数值模型。工程应用表明，该模型揭示了开敞海岸“波浪掀沙，潮流输沙”的细颗粒泥沙运动规律，可应用于港口回淤等工程问题的研究。

全文目录


第一章 绪论  8-14
  1.1 研究意义  8
  1.2 近岸动力数值模拟研究综述  8-11
    1.2.1 波浪场的数值模拟  8-9
    1.2.2 潮流场的数值模拟  9-10
    1.2.3 波浪场和潮流场的耦合模拟  10-11
  1.3 泥沙模型  11-12
    1.3.1 波浪掀沙的表达方法  11-12
    1.3.2关于波浪掀沙表达方法的评价  12
  1.4 本文的主要研究工作  12-14
第二章 平缓岸坡上不规则波的破碎及能量耗散模型  14-23
  2.1 平缓岸坡上不规则波的破碎指标  14-16
    2.1.1 不规则波的破碎标  14-15
    2.1.2 平缓岸坡上波浪的破碎指标  15
    2.1.3 运用于不规则波的Goda公式  15-16
  2.2 平缓岸坡上不规则波能量耗散模型  16-22
    2.2.1 不规则波的能量耗散  16-17
    2.2.2 能量耗散模型  17-20
    2.2.3 能量耗散模型的比较  20-22
  2.3 结论  22-23
第三章 波流共同作用下波浪场和潮流场的数值模拟  23-46
  3.1 SWAN模型简介  23-28
    3.1.1 动谱平衡方程  23-24
    3.1.2 基于动谱平衡方程的波浪数值模型的发展  24-26
    3.1.3 SWAN波浪模型  26-28
  3.2 ADCIRC模型简介  28-30
    3.2.1 ADCIRC模型的控制方程  28-29
    3.2.2 ADCIRC模型的数值求解方法  29-30
  3.3 波浪场的模拟  30-31
    3.3.1 渤海与黄海模型  30
    3.3.2 渤海湾模型  30-31
  3.4 潮流场的模拟  31-33
    3.4.1 渤海模型  31-32
    3.4.2 渤海湾模型  32-33
  3.5 波流共同作用下流浪场和潮流场的数值模拟  33-45
    3.5.1 算例1:2003年11月5日16:00-11月7日15:  34-36
    3.5.2 算例2:2003年11月25日0:00-23:00  36-45
  3.6 结论  45-46
第四章 波流共同作用下的细颗粒泥沙挟沙能力  46-52
  4.1 关于现有波流挟沙能力公式的讨论  46-47
  4.2 波流共同作用下的挟沙能力公式  47-48
    4.2.1 河口海岸悬沙输运方程  47
    4.2.2 波流共同作用下的挟沙能力公式  47-48
  4.3 波浪作用下的挟沙能力公式  48-51
    4.3.1 未破碎挟沙力  48-49
    4.3.2 破波带内的波浪挟沙力  49-50
    4.3.3 波浪作用下挟沙能力公式中系数的确定  50-51
  4.4 结论  51-52
第五章 强风浪过程中泥沙运动的数值模拟  52-82
  5.1 不同水深处泥沙浓度的变化  52-55
  5.2 渤海湾泥沙浓度的变化  55-56
  5.3 结论  56-82
第六章 强风浪过程中黄骅港海域泥沙运动的数值模拟  82-96
  6.1 黄骅港波浪场和潮流场的数值模拟  82-83
    6.1.1 黄骅港波浪场的数值模拟  82-83
    6.1.2 黄骅港潮流场的数值模拟  83
    6.1.3 黄骅港波浪场和潮流场的迭代耦合计算  83
  6.2 黄骅港近岸泥沙运动的数值模拟  83-86
    6.2.1 算例1:2002年4月22日～25日  84-85
    6.2.2 算例2:2003年10月10日～13日  85-86
  6.3 结论  86-96
第七章 结论及建议  96-98
  7.1 结论  96-97
  7.2 建议  97-98
参考文献  98-102
发表论文和参加科研情况说明  102-103
致谢  103

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水利工程基础科学 > 泥沙动力学、河流动力学 > 泥沙运动
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