近岸海床细泥沙输移及冲刷防护研究

发布时间：2023-02-09 18:52

　　海床演变、近岸人工岛规划布置以及冲刷防护均与细泥沙的输移有着紧密的关系。这些问题可通过研究细泥沙在海岸水域的输移过程和运动规律进行分析。近年来,随着河流入海泥沙的减少和海岸区域的开发建设,海床经历着各种变化,原有的平衡受到破坏,侵蚀作用加强,有必要对泥沙输移后的海床变化和侵蚀区域构筑物周围冲刷防护进行研究。现有数值模型以结构网格模型居多,但天然海岸边界曲折复杂,非结构网格模型能很好地给出不规则岸线周围物质运动特征。实际海域中波流作用下的三维运动特征明显,作为细泥沙输移的动力和载体,真实的近岸流动对海床演变和平衡剖面的塑造起着重要影响。基于先前的非结构环流模型未考虑波浪作用和现有辐射应力公式的限制,针对存在粘性和非粘性成分泥沙的实际粉沙海床,建立了波流作用下非结构网格的三维混合细泥沙数学模型并对此类海床泥沙输移特征进行了研究；针对海底构筑物周围床面泥沙输移后的变化进行了联锁排防护下的物理模型试验。具体研究内容如下：(1)在建立的三维波流模型中,控制方程由改进水面函数的波浪辐射应力结合水滚效应添加到原始方程组成,考虑了波流作用下的水体扩散和底部非线性的切应力。将建立的波流模型对近岸水体的三...

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
TABLE OF CONTENTS
图目录
表目录
主要符号表
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外相关工作研究进展
        1.2.1 近岸波流研究进展
        1.2.2 细泥沙运动研究进展
        1.2.3 泥沙输运模型研究进展
        1.2.4 海床冲淤研究进展
    1.3 本文的研究工作
2 近岸波流模型的建立
    2.1 原始控制方程
    2.2 近岸波流模型
        2.2.1 水体扩散系数
        2.2.2 底部切应力
        2.2.3 波浪辐射应力
    2.3 波浪模型
        2.3.1 源项
        2.3.2 传播速度
    2.4 边界和初始条件
        2.4.1 自由水面和海底
        2.4.2 边界条件
        2.4.3 初始条件
    2.5 方程离散
        2.5.1 非结构网格的设计
        2.5.2 波流方程的离散
    2.6 波流模型验证
        2.6.1 平坦斜坡下的底流
        2.6.2 不规则斜坡下波生流
        2.6.3 人工岛周围波生流
    2.7 本章小结
3 细泥沙输移的数学模型
    3.1 泥沙输运方程
        3.1.1 泥沙沉速
        3.1.2 泥沙扩散系数
    3.2 海床变化
    3.3 泥沙通量
        3.3.1 粘性泥沙
        3.3.2 非粘性泥沙
    3.4 床面水沙交换
    3.5 边界和初始条件
        3.5.1 自由水面和海底
        3.5.2 边界条件
        3.5.3 初始条件
    3.6 方程离散
    3.7 模型应用
        3.7.1 计算域概况
        3.7.2 模型验证
    3.8 计算结果及讨论
        3.8.1 泥沙浓度
        3.8.2 泥沙侵蚀和沉降通量
        3.8.3 海床变化
    3.9 本章小结
4 海床变化的约减计算
    4.1 地形变化加速因子
    4.2 试验水槽应用
    4.3 实际海床应用
    4.4 计算结果及讨论
        4.4.1 泥沙悬浮
        4.2.2 海床冲淤
    4.5 本章小结
5 粉沙海床冲刷防护的试验研究
    5.1 模型试验
        5.1.1 试验设备
        5.1.2 海床模型
        5.1.3 试验测量
        5.1.4 试验步骤
        5.1.5 试验条件
    5.2 试验结果分析
        5.2.1 粉沙海床下管道周围冲刷
        5.2.2 联锁排块体稳定性
        5.2.3 不同水深下管道周围海床变化
    5.3 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介



本文编号：3739068