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近海人工凸体保滩促淤的试验研究

作　者: 吴建
导　师: 拾兵
学　校: 中国海洋大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 人工凸体保滩促淤物理模型试验数值模拟最大熵理论
分类号: P753
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 77次
引　用: 1次
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内容摘要

近年来,由于世纪性的海平面上升及陆域入海水砂总量的减少,海洋动力作用日益增强,侵蚀型海滩范围进一步扩大,海滩宽度变窄、坡度变陡和滩面物质粗化等问题日趋严重,引起了水利与海洋界的广泛关注,亦成为海岸工程研究的热点课题之一。泥砂促淤防冲技术在国内取得了较好的成绩。从工程角度而言修筑丁坝、顺坝等实体建筑物,或建桩柱、抛掷四面六方体、架设铁丝网、抛投柔性浮帘等透水结构,以及在滩面种植红树林、互花米草等大型植物等都对泥砂防冲促积起到较好的效果,但对于旅游开发的海滩缺乏一定的适用性。本论文研究的多孔方形人工鱼礁及人工砂坝等近海凸体防护工程措施,不仅具有施工的便捷性,而且具有多功能性,对海滩的动态防护及近海的生态维护能起到较积极的作用。在近海防护及注重环境保护的当代海岸防护理念下,近海(岸)抛填砂坝或安置人工礁体能够满足人们对海滩的使用要求。试验所用礁体为国内已有抛填的较经济鱼礁类型,其稳定性可抵抗波浪、水流作用下的倾覆及漂移,人工砂坝的填筑砂源可用挖泥船直接从深海挖取。波浪和水流作用下,海岸泥砂的纵向及横向运动必然会引起岸滩的冲淤变化。沿岸泥砂运动主要取决于波导沿岸流,而横向运动,或称向岸-离岸运动则主要是波浪水质点运动引起的。横向泥砂的运动方向决定了海滩剖面变化趋势。因此如何通过工程措施减弱或阻滞泥砂的横向及纵向运动将是海滩防护工程的根本,而如何改变波流等动力因素对泥砂输移的方向和强度,则是海滩防护的关键。近海(岸)抛填人工砂坝或安置人工鱼礁,通过削弱透射波浪强度,形成掩护区域,为泥砂的落淤提供有力条件,人工砂坝通过对掩护区域的流场产生影响,可削弱离岸流的挟砂能力,而人工鱼礁对礁后一定范围水流的阻滞作用,可防止泥砂离岸亏损,其对礁体前后水质点运动轨迹的影响,起到调整泥砂运移趋势的作用。本文通过分析海滩侵蚀发生的原因机理,比较了国内外相关的海岸防护工程措施,发现以海滩补砂为主要手段,各硬性工程措施为辅助措施的综合养滩工程,及各种通过海洋动力自身因素来完成养护海滩的工程措施,如海滩刮砂等,已经逐渐成为发达国家海滩养护的主要手段。近岸抛填泥砂或安置人工鱼礁,不仅可以造成波浪的削减,形成掩护区的微淤环境,同时人工鱼礁或近岸砂坝可形成较理想的生态环境,为鱼类或海底生活等栖息、繁殖提供保障。本文在前人的基础上,对人工鱼礁定床作用下的流场及底部冲刷进行了数值模拟。通过对比分析发现“可实现”及RNG两种紊流模型都能在一定精度内模拟试验礁体的流场等因素,而“可实现”模型的模拟结果与室内物理模型试验的数据更加吻合与接近,可见“可实现”模型在此模型礁体的数值分析上更有优势。在此基础上利用“可实现”模型对人工鱼礁的流场进一步分析了流速、水深等环境因素对礁体阻流等规律的研究。结果表明：1.人工鱼礁高度以内,礁体对水流有阻滞作用,而礁体高度以上则形成增强水流,在礁后表层流速升至最大。2.从模拟的底床动水压力分布可以看出,礁体局部冲刷的起始位置应该位于礁体前方两侧棱外缘的新月形区域。3.人工鱼礁随着流速的增大其表层上升流及底部阻流的纵向尺度等保持一致的规律,而礁体后方底部尾流的漩涡基本稳定在3-4倍礁长范围内,在此附近的流速极小,为泥砂沉积提供保障。通过动床的物理模型试验,测量了单向流作用下礁体周围流场及冲刷稳定后的地形,结果表明鱼礁局部冲刷呈现以纵向中轴为中心左右对称的冲刷形态,无盖多孔礁体的冲刷深度及宽度在同样平均来流流速下最小,确定为近岸安置防护海滩的礁体形式。通过对选取的典型海滩断面进行波浪物理模型试验,分析了近岸人工鱼礁及近岸补砂对波浪的削减规律及其作用下的岸滩地形响应特征。结果表明人工鱼礁、近岸人工砂坝可以起到较好的消浪保滩功效。通过最大信息熵理论推导了稳定海滩剖面形式,并用试验数据进行了验证,分析了该公式的合理性及局限性。

近海人工凸体保滩促淤的试验研究

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