长江河口北槽深水航道疏浚土输运扩散和淤积的数值模拟

发布时间：2017-04-10 18:00

  本文关键词：长江河口北槽深水航道疏浚土输运扩散和淤积的数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：长江河口北槽深水航道建成后,回淤严重,需要疏浚维持航道12.5m水深。抛泥疏浚土输运扩散的研究,涉及到水动力、盐度和泥沙物理过程。疏浚土的输运扩散,会对河床淤积、航道回淤和水体环境等产生影响。本文开展长江河口北槽水深航道疏浚土输运扩散和淤积的研究,具有科学意义和应用价值。本文建立了包括整个长江河口及杭州湾区域的三维泥沙数值模式,风场由大气模式WRF计算,波浪参数由波浪模式SWAN计算,考虑波流共同作用下底部切应力,合理考虑抛泥区疏浚土导致的悬浮泥沙和落淤泥沙比例,在泥沙输运扩散的模拟中考虑疏浚土落淤和淤积部分的再悬浮作用。开展了数值模式的验证,结果表明大气模式WRF计算的风速风向、波浪模式SWAN计算的有效波高、水动力泥沙数值模式计算的流速、流向、盐度和泥沙与实测值吻合良好,各模式适用于本文研究。定量给出了洪枯季大小潮各抛泥区疏浚土输运扩散的范围和强度,通过径流、盐度、风场和水、泥沙单宽余通量揭示了泥沙输运扩散的动力过程和机制。在洪季,1号抛泥区在各潮型期间,水体各层水沙输运均指向下游；2号抛泥区所在北槽下段,在洪季处于盐度锋面,小潮期间底层泥沙出现微弱的向陆输运；3号抛泥区泥沙输运扩散同时受到了径流和洪季南风的影响,向东北方向扩散。在枯季,1号抛泥区处于南槽盐度锋面,受其影响底层泥沙向上游输运,该输运方式在小潮期间更为显著；2号抛泥区北槽内受到盐度锋面影响,在各潮型期间均出现了底层向陆的泥沙输运；3号抛泥区疏浚土在冬季北风的作用下,向东南方向输运扩散。此外,大潮期间潮汐动力加强,疏浚土的扩散范围和强度均远强于小潮期间。定量给出了疏浚土造成的河床淤积分布随时间的变化及其对北槽深水航道回淤的影响。模式计算初期,疏浚土主要在抛泥区附近区域淤积,对深水航道各区域影响较小。随着计算时长的不断增加,各抛泥区疏浚土落淤范围增大,强度不断增强,淤积区域向航道靠近并逐渐进入航道。1号抛泥区的淤积范围包括了南港下段至南槽中段：2号抛泥区的淤积范围为北槽中下段；3号抛泥区主要淤积范围为抛泥区以东以南区域。在北槽深水航道各段中,连续抛泥对内航道造成每年约6-9cm的淤积,对圆圆沙航道造成每年约3cm的淤积,对北槽内上段航道造成每年约2cm的淤积,对北槽内中下段航道造成每年5-9.5cm的淤积,对外航道区域造成5cm的淤积。
【关键词】：数值模拟 深水航道 疏浚土 扩散输运 淤积 长江河口
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U616;TV148
【目录】：

• 摘要7-9
• abstract9-23
• 1 绪论23-30
• 1.1 研究背景和意义23-25
• 1.2 研究现状25-28
• 1.2.1 北槽区域水动力研究25-26
• 1.2.2 北槽深水航道回淤研究26-27
• 1.2.3 疏浚泥沙处理的研究27-28
• 1.3 尚存在的问题28
• 1.4 本文工作28-30
• 2 三维水动力泥沙数值模式介绍和验证30-66
• 2.1 数值模式模块介绍30-45
• 2.1.1 控制方程组30-40
• 2.1.1.1 水动力模块30-35
• 2.1.1.2 泥沙模块35-40
• 2.1.2 初始条件40
• 2.1.3 边界条件40-43
• 2.1.4 数值求解方法43-45
• 2.2 WRF风场模型介绍45
• 2.3 SWAN波浪模型介绍45
• 2.4 模式设置45-50
• 2.4.1 ECOM模式设置45-48
• 2.4.2 模式抛泥设置48-50
• 2.5 模式验证50-64
• 2.5.1 WRF模式验证50-53
• 2.5.2 SWAN模式验证53
• 2.5.3 三维水动力泥沙模式验证53-64
• 2.5.3.1 洪季资料验证54-60
• 2.5.3.2 枯季资料验证60-64
• 2.6 小结64-66
• 3 抛泥造成的悬浮泥沙输运扩散66-157
• 3.1 前言66-67
• 3.2 洪枯季大小潮期间疏浚土输运扩散67-155
• 3.2.1 洪季大潮期间试验67-94
• 3.2.1.1 洪季大潮期间试验设置67-69
• 3.2.1.2 参照组泥沙盐度分布及水沙单宽余通量69-80
• 3.2.1.3 洪季大潮期间疏浚土输运扩散80-94
• 3.2.2 洪季小潮期间试验94-114
• 3.2.2.1 洪季小潮期间试验设置94
• 3.2.2.2 参照组泥沙、盐度分布及水沙单宽余通量94-102
• 3.2.2.3 洪季小潮期间疏浚土输运扩散102-114
• 3.2.3 枯季大潮期间试验114-137
• 3.2.3.1 枯季大潮期间试验设置114-116
• 3.2.3.2 参照组泥沙盐度分布及水沙单宽余通量116-126
• 3.2.3.3 枯季大潮期间疏浚土输运扩散126-137
• 3.2.4 枯季小潮期间试验137-155
• 3.2.4.1 枯季小潮期间试验设置137
• 3.2.4.2 参照组泥沙盐度分布及水沙单宽余通量137-145
• 3.2.4.3 枯季小潮期间疏浚土输运扩散145-155
• 3.3 小结155-157
• 4 疏浚土输运扩散造成的河床淤积分布157-178
• 4.1 前言157
• 4.2 试验设置157-165
• 4.3 疏浚土输运扩散造成河床淤积分布随时间变化165-171
• 4.4 淤高线随时间的空间变化171-175
• 4.5 对三个抛泥区的抛泥建议175-177
• 4.6 小结177-178
• 5 总结178-181
• 5.1 主要结论178-179
• 5.2 创新之处179
• 5.3 不足与展望179-181
• 参考文献181-185
• 致谢185

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本文编号：297262