潮流作用下潮湾地形不稳定性数值模拟

发布时间：2017-04-22 21:17

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【摘要】：潮湾是沿岸地区重要的地貌特征,了解潮湾系统的形成及演变对沿岸经济发展和生态保护具有十分重要的意义。本文以潮湾地形线性不稳定理论为基础,采用数值计算模型对潮湾地形不稳定进行了研究。本文首先介绍了数值模拟过程中用到的水流与地形计算耦合数学模型,包括水动力数学模型、泥沙输移模型和地形演变模型,详细给出了计算模型的离散方式和求解方法。为了保证所用计算模型的正确性,本文通过与解析解及他人模拟结果的对比验证了计算模型的正确性。然后详细介绍了潮湾在水流、泥沙和地形耦合作用下不稳定演变理论,给出了三种不稳定地形扰动模式。应用数值计算模型模拟了这三种模式下潮湾地形的不稳定性,并与Schuttelaars等(1999)分析结果进行比较,证明了所用模型的有效性。最后讨论了水底摩擦系数、悬沙扩散系数、地形坡度和推移质输沙对潮湾地形不稳定性的影响。模拟结果表明不稳定增长是水动力、泥沙和水底地形互为正反馈的结果。较大的悬沙扩散系数条件下,地形扰动的不稳定性表现得越强；潮湾地形坡度对地形不稳定存在较大影响,较小的地形坡度使得靠近入口附近的扰动增长更快,却使得靠岸侧的扰动不断消减；仅考虑推移质的情况下,地形扰动不显现出不稳定性,扰动处于不断消减状态。
【关键词】：潮湾 不稳定 数值模拟
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV148
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-13
• 1 潮流与水底地形变化耦合计算模型13-30
• 1.1 水动力数学模型13-21
• 1.1.1 基本方程13-14
• 1.1.2 边界条件14-15
• 1.1.3 水流数学模型的数值离散15-21
• 1.2 泥沙输移方程21-25
• 1.2.1 悬移质泥沙输移方程21-22
• 1.2.2 悬移质泥沙输移方程的数值离散22-24
• 1.2.3 推移质运动24-25
• 1.3 地形演变方程25-29
• 1.3.1 地形演变基本方程25-26
• 1.3.2 地形演变基本方程的数值离散26-29
• 1.4 本章小结29-30
• 2 潮湾地形线性不稳定理论30-39
• 2.1 潮湾地形线性不稳定性分析30-38
• 2.1.1 势流与粘性流的影响35-36
• 2.1.2 摩擦系数的影响36-37
• 2.1.3 扩散系数的影响37-38
• 2.1.4 底坡系数的影响38
• 2.2 本章小结38-39
• 3 数值计算模型验证39-48
• 3.1 水动力模型验证39-43
• 3.2 泥沙输移模型验证43-45
• 3.3 水流与地形耦合模型验证45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 4 潮湾地形不稳定性数值研究48-74
• 4.1 不稳定模式一的数值模拟49-57
• 4.2 不稳定模式二的数值模拟57-65
• 4.3 不稳定模式三的数值模拟65-73
• 4.4 三种模式对应的地形演化比较73
• 4.5 本章小结73-74
• 5 潮湾地形不稳定性演化的特征74-88
• 5.1 摩擦的影响74-77
• 5.2 悬移质扩散系数的影响77-81
• 5.3 地形坡度的影响81-84
• 5.4 推移质输沙的影响84-87
• 5.5 本章小结87-88
• 结论88-89
• 参考文献89-91
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况91-92
• 致谢92-93

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