近岸地區(qū)在潮流和波浪的作用下,泥沙運動過程復雜,尤其在風暴潮期間,受臺風浪的影響,會引起劇烈的泥沙輸移和岸灘侵蝕,給海岸帶環(huán)境造成嚴重的破壞。風暴潮過程中水流流態(tài)復雜、具有強非恒定性,床面會在短時間內發(fā)生劇烈沖淤,懸沙濃度高且隨時空變化顯著,水流運動、泥沙輸移和地形沖淤三者之間相互影響,其耦合作用不能完全忽略。因此,本文建立了考慮波、流共同作用的水動力-泥沙-地形耦合數(shù)值模型,模型首先分別采用非靜壓波浪數(shù)學模型和位相平均的SWAN模型來考慮波浪的效應,進而在水動力模塊中考慮床面沖淤變化及其引起的泥沙濃度變化對挾沙水流運動的影響,以實現(xiàn)對水流運動、泥沙輸移和地形沖淤變化三個物理過程的耦合計算。論文分別采用多個典型案例對兩種不同波流耦合模式下的水-沙-床耦合模型進行了驗證,并將其應用于墨西哥灣Santa Rosa堰洲島,計算分析Ivan風暴潮漫灘沖刷引起的泥沙輸移和地形沖淤演變過程。主要研究成果及結論如下:(1)非靜壓水-沙-床耦合模型通過考慮垂向加速度變化對動水壓強的貢獻,對流速和水位進行修正,以體現(xiàn)波浪對水流和泥沙運動的影響,同時考慮了波浪破碎引起的湍流混合。與基于靜壓假定的模型相比,...

【文章頁數(shù)】：107 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 風暴潮數(shù)值模擬研究
        1.2.2 波浪數(shù)值模擬研究
        1.2.3 波流耦合數(shù)值模擬研究
        1.2.4 水沙運動數(shù)值模擬研究
    1.3 本文研究工作
    1.4 主要創(chuàng)新點
    1.5 本文組織結構
2 非靜壓水-沙-床耦合模型
    2.1 控制方程
        2.1.1 水-沙-床耦合的水流運動數(shù)學方程
        2.1.2 不飽和全沙輸移方程和床面變形方程
    2.2 數(shù)值計算方法
        2.2.1 模型計算流程
        2.2.2 離散格式
        2.2.3 界面變量重構方法
        2.2.4 通量計算方法
        2.2.5 源項處理
        2.2.6 擴散項處理
        2.2.7 穩(wěn)定性條件
        2.2.8 邊界條件處理
    2.3 模型驗證
        2.3.1 孤立波爬坡實驗
        2.3.2 規(guī)則波在潛堤地形上傳播實驗
        2.3.3 局部潰壩定床實驗
        2.3.4 一維動床潰壩實驗
        2.3.5 局部潰壩動床實驗
    2.4 本章小結
3 位相平均的水-沙-床耦合模型
    3.1 控制方程
        3.1.1 水-沙-床耦合的水流運動數(shù)學方程
        3.1.2 不飽和全沙輸移方程和床面變形方程
        3.1.3 SWAN波浪方程
    3.2 數(shù)值計算方法
        3.2.1 模型計算流程
        3.2.2 離散方程
    3.3 模型驗證
        3.3.1 波生沿岸流模擬
        3.3.2 風暴潮通過潮汐通道過程數(shù)值模擬
        3.3.3 風暴潮水流漫灘過程數(shù)值模擬
    3.4 本章小結
4 Santa Rosa堰洲島沖淤演變模擬
    4.1 算例情況
    4.2 算例設置
    4.3 模擬結果
        4.3.1 位相平均水-沙-床耦合模型模擬結果
        4.3.2 非靜壓水-沙-床耦合模型模擬結果
    4.4 本章小結
5 結論與展望
    5.1 結論
    5.2 展望
參考文獻
作者簡歷



本文編號：3953459