波浪和水流共同作用下的泥沙输移和岸滩演变耦合数值模型研究

发布时间：2024-04-13 18:44

　　近岸地区在潮流和波浪的作用下,泥沙运动过程复杂,尤其在风暴潮期间,受台风浪的影响,会引起剧烈的泥沙输移和岸滩侵蚀,给海岸带环境造成严重的破坏。风暴潮过程中水流流态复杂、具有强非恒定性,床面会在短时间内发生剧烈冲淤,悬沙浓度高且随时空变化显著,水流运动、泥沙输移和地形冲淤三者之间相互影响,其耦合作用不能完全忽略。因此,本文建立了考虑波、流共同作用的水动力-泥沙-地形耦合数值模型,模型首先分别采用非静压波浪数学模型和位相平均的SWAN模型来考虑波浪的效应,进而在水动力模块中考虑床面冲淤变化及其引起的泥沙浓度变化对挟沙水流运动的影响,以实现对水流运动、泥沙输移和地形冲淤变化三个物理过程的耦合计算。论文分别采用多个典型案例对两种不同波流耦合模式下的水-沙-床耦合模型进行了验证,并将其应用于墨西哥湾Santa Rosa堰洲岛,计算分析Ivan风暴潮漫滩冲刷引起的泥沙输移和地形冲淤演变过程。主要研究成果及结论如下:(1)非静压水-沙-床耦合模型通过考虑垂向加速度变化对动水压强的贡献,对流速和水位进行修正,以体现波浪对水流和泥沙运动的影响,同时考虑了波浪破碎引起的湍流混合。与基于静压假定的模型相比,...

【文章页数】：107 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 风暴潮数值模拟研究
        1.2.2 波浪数值模拟研究
        1.2.3 波流耦合数值模拟研究
        1.2.4 水沙运动数值模拟研究
    1.3 本文研究工作
    1.4 主要创新点
    1.5 本文组织结构
2 非静压水-沙-床耦合模型
    2.1 控制方程
        2.1.1 水-沙-床耦合的水流运动数学方程
        2.1.2 不饱和全沙输移方程和床面变形方程
    2.2 数值计算方法
        2.2.1 模型计算流程
        2.2.2 离散格式
        2.2.3 界面变量重构方法
        2.2.4 通量计算方法
        2.2.5 源项处理
        2.2.6 扩散项处理
        2.2.7 稳定性条件
        2.2.8 边界条件处理
    2.3 模型验证
        2.3.1 孤立波爬坡实验
        2.3.2 规则波在潜堤地形上传播实验
        2.3.3 局部溃坝定床实验
        2.3.4 一维动床溃坝实验
        2.3.5 局部溃坝动床实验
    2.4 本章小结
3 位相平均的水-沙-床耦合模型
    3.1 控制方程
        3.1.1 水-沙-床耦合的水流运动数学方程
        3.1.2 不饱和全沙输移方程和床面变形方程
        3.1.3 SWAN波浪方程
    3.2 数值计算方法
        3.2.1 模型计算流程
        3.2.2 离散方程
    3.3 模型验证
        3.3.1 波生沿岸流模拟
        3.3.2 风暴潮通过潮汐通道过程数值模拟
        3.3.3 风暴潮水流漫滩过程数值模拟
    3.4 本章小结
4 Santa Rosa堰洲岛冲淤演变模拟
    4.1 算例情况
    4.2 算例设置
    4.3 模拟结果
        4.3.1 位相平均水-沙-床耦合模型模拟结果
        4.3.2 非静压水-沙-床耦合模型模拟结果
    4.4 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
作者简历



本文编号：3953459