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人工岛岸滩稳定性研究

作　者: 胡殿才
导　师: 孙志林；陈学良
学　校: 浙江大学
专　业: 水利工程
关键词: 人工岛潮流数值模拟硕士学位论文浙江大学波浪作用冲淤变化物模试验附近海域高潮位潜堤
分类号: U656.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 280次
引　用: 4次
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内容摘要

近年来,我国围海造地迅速发展,但传统顺岸式填海方式不利于我国宝贵的海洋滩涂资源的科学、协调、可持续利用,对海洋生态环境的不利影响已越来越引起人们的重视。科学适度用海是未来围海造地发展的方向,必须严格控制顺岸式填海方式,人工岛将成为未来向海洋要地的主要方式。与传统的依托现有海岸向海推进的围涂造地方式相比,人工岛建设需更加重视海洋水文、海洋动力变化、人工岛与海洋环境的相互影响、海岸地貌演变等多因素。本文首先调研人工岛现状及发展趋势,了解当前岸滩演变分析预测方法,在此基础上,以具代表性的某在建人工岛为实例,通过海岸地貌、潮流数值模拟、物理模型试验等技术手段阐述人工岛岸滩稳定性的分析方法,得出分析结论,为人工岛设计提供依据。某人工岛用于滩海石油勘探与开发,海洋环境保护要求严格,工程海域属粉砂质海床,浅滩、深槽、沙脊交错分布,海域地形条件复杂,岸滩稳定存在变化的可能性,而且对曹妃甸深槽的影响也必须重视。因此,必须合理进行平面布置,充分利用现有地形水文条件,注重生态和环境的保护,尽量减少对海域、潮流的影响,达到最优。本文在分析前已有资料的基础上,对工程海域海洋动力地貌及岸滩稳定性进行初步分析,从宏观上掌握工程区域海洋动力地貌基本特征、冲淤变化、泥沙运动规律、自然状况下岸滩稳定性,并预测工程建设后可能引起的变化。建立工程区潮流计算数学模型,计算工程建设前后对周边流场及局部流场的影响。模型基本方程为任意曲线坐标系下二维潮流运动基本方程,采用有限差分法,计算网格为交错网格,运用DSI法(Double-Sweep-Implicit Method)求解。对计算区域内滩地干湿过程,采用水位判别法处理,较好地模拟复杂滩地的干湿过程。开展物理模型试验研究,通过现场资料分析、定床潮流物模试验、波浪潮流整体动床物模试验、波浪动床物模试验等多种研究方法和试验手段,研究人工岛的稳定性。本文研究成果为工程设计提供了科学依据,特别是对人工岛平面布置、护岛潜堤长度及张角、登陆点前沿水流变化等方面进行了验证,并提出了优化方案。与一般人工岛采用1～2种研究手段相比,本文采用了海岸地貌演变、数学模型试验、物理模型试验等当前岸滩演变研究领域较先进的的技术手段,各研究方法独立进行、交叉运用、相互佐证,研究结论更加可靠。由于模型场地的限制以及选沙的需要,整体物理模型往往需要做成变态,但为满足波浪相似条件,模型应做成正态。为解决这一矛盾,本文在定床潮流物模试验、波浪潮流整体动床物模试验时,根据试验内容的不同采用不同的模型比尺,较好地模拟了现场水流、波浪对人工岛岸滩稳定性影响。本文研究成果已成功应用于某人工岛建设,所采用的研究方法可供类似人工岛工程建设时借鉴。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
第1章绪论  9-13
  1.1 问题的提出  9-10
  1.2 研究现状  10-11
  1.3 存在的主要问题  11-12
  1.4 本文的主要研究工作  12-13
第2章人工岛布置及自然条件  13-26
  2.1 人工岛类型及形态  13-14
  2.2 工程总体布置  14-16
  2.3 气象  16-19
  2.4 水文、泥沙  19-26
第3章海床稳定性分析  26-36
  3.1 影响岸滩稳定性主要因素  26-27
  3.2 地质地貌特征  27-29
  3.3 泥沙来源及运动形式  29-30
  3.4 海床的稳定性分析  30-34
  3.5 工程区域海床稳定性评价  34-36
第4章人工岛潮流数值模拟  36-53
  4.1 计算组合  36-37
  4.2 数学模型建立  37-40
  4.3 模型验证  40-44
  4.4 计算结果分析  44-52
  4.5 小结  52-53
第5章人工岛物理模型试验  53-120
  5.1 模型试验内容  53
  5.2 物理模型设计  53-61
  5.3 潮流物理模型试验  61-87
  5.4 动床泥沙试验  87-118
  5.5 小结  118-120
第6章结论  120-125
  6.1 主要结论  120-124
  6.2 展望  124-125
参考文献  125-126
致谢  126-127
作者简历  127

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