典型海湾潮流作用下泥沙输运研究第1页,波浪与潮流共同作用下二维泥沙数学模

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典型海湾潮流作用下泥沙输运研究

王志家，，王志梅，王朋，胡耀辉1222

（1.总装备部第23基地，江苏 江阴214400；2.海军北海舰队

海洋水文气象中心，山东 青岛266001）

摘 要：本文以兴化湾作为研究对象，利用三维数值模型ECOMSED进行潮流和泥沙输运数值模拟，通过模型的建立、验证，最后对兴化湾围填海工程前后的潮流和泥沙输运进行预报，并对比自然条件下的现象规律，给出典型海湾潮流作用下泥沙输运现象。 关键词： ECOMSED；潮流；泥沙输运；兴化湾

0引言

数值模拟是海岸海洋潮流、泥沙研究的重要技术方法，通过此类技术并借助于地理信息系统、计算机图形图像学以及科学可视化等理论和技术实现的虚拟现实系统，可以很好地满足海岸海洋科学的深入研究。随着水动力学、泥沙动力学理论以及计算机技术的不断完善，潮流、泥沙数值模拟在理论上和计算技术上也不断发展。

ECOMSED(Estuarine Coastal Ocean Model Sediment Transport)是一个模拟水动力、波浪和沉积物输运的三维数值模型，它包含以下几个模块：水动力模块、沉积物输运模块、风浪模块、热通量模块、水质模块和颗粒物追踪模块。本次模拟是集合了水动力模块和沉积物输运模块来模拟兴化湾的泥沙输运。ECOMSED计算泥沙输运的模块与水动力模块同时运行。模型中包括的沉积物动力学包括沉积物的再悬浮、粘性和非粘性沉积物的输运和沉积。其所指的粘性沉积物是指粒径小于75μm的细沙和颗粒物残渣，而非粘性沉积物则指粒径在75～500μm的较粗颗粒。粒径大于500μm的粗砂和砂砾一般表现为推移质输运，这在模型中并没有考虑。

粒径为k的沉积物输运的三维对流－扩散方程为：

CkDuCkDvCkD(wws,k)CkCCAC(AHDk)(AHDk)(Hk)txyxxyyD

其中Ck为粒径k的悬浮沉积物浓度。

从悬移质输移扩散方程可以看出，其本身不是封闭的，由水动力场控制方程求解出流场和水位场，再用悬沙输移扩散方程求解出水体泥沙浓度场。上述三维输运控制方程的边界条件为：在海表不考虑大气沉降的颗粒物质，海底把泥沙沉降和再悬浮分别视为水体泥沙扩散的汇和源，即：

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