波浪、潮流共同作用下海床長期演變的數(shù)值模型及其工程應(yīng)用研究.pdf

1、本文對該概化模式作了進(jìn)一步的完善與推導(dǎo)，在已有的對懸移質(zhì)運(yùn)動特性研究的眾多成果的基礎(chǔ)上，將懸移質(zhì)輸移作為海床運(yùn)動的主要影響因素，加入到B.Latteux海床長期演變概化模式中。從而，將該概化模式進(jìn)一步推廣到以懸移質(zhì)運(yùn)輸移動為主的淤泥粉砂質(zhì)海床的長期演變計(jì)算中，并建立了二維波浪、潮流共同作用下全沙(懸移質(zhì)、推移質(zhì))海床長期演變數(shù)值模型。 在數(shù)值計(jì)算方面，基于無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對復(fù)雜邊界的較好適應(yīng)性以及FVM(FiniteVolumeMet

2、hod)格式對對流項(xiàng)通量的良好守恒性，利用三角網(wǎng)格上的FVM的Roe型二階迎風(fēng)型格式分別對二維淺水方程、懸沙輸移方程進(jìn)行數(shù)值離散求解。并成功地引入了國際上較為成熟的第三代海浪模型SWAN(40.41)，利用改進(jìn)后的矩形網(wǎng)格向三角形網(wǎng)格插值技術(shù)，配合三角網(wǎng)格下FVM格式的復(fù)合流場模型和全沙模型的計(jì)算。其中，在復(fù)雜地形條件下，為避免模擬底部地形多變的靜止水體時(shí)水體發(fā)生虛假流動，對通量梯度項(xiàng)和源項(xiàng)采用Rogers方法進(jìn)行了平衡處理；在對流項(xiàng)通

3、量Roe型二階迎風(fēng)格式重構(gòu)的基礎(chǔ)上，加入Sweby限制器來保證重構(gòu)的單調(diào)性和抑止其振蕩。在數(shù)值求解方法方面，本文采用Ambrosi提出的分步求解方法對二維淺水控制方程以及懸移質(zhì)運(yùn)動方程進(jìn)行求解，該方法能夠很好地避免由于源項(xiàng)而引起的計(jì)算不穩(wěn)定。分別利用K.ANSTASIOU二維潰壩的數(shù)值計(jì)算結(jié)果、波浪在圓形淺灘上變形和在雙突堤中傳播變形的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及在黃河三角洲樁西海域所實(shí)測的懸沙濃度數(shù)據(jù)，分別對水動力模型(潮流、波浪模型)以及泥沙運(yùn)動模

4、型進(jìn)行了驗(yàn)證，取得了較為理想的結(jié)果。 探討了黃河三角洲樁西海域的特征波、代表潮的選取方法，并以其代入本計(jì)算模型，對黃河三角洲周圍海域的水動力特征以及樁西海域海床長期演變規(guī)律分別進(jìn)行了驗(yàn)證和解析。其中，選取特征波時(shí)，將該海域的波況分為強(qiáng)浪以及常見浪兩種波況，再分別進(jìn)行加權(quán)平均概化處理的方法。該海域的潮流條件采用三個(gè)代表潮(分別接近大潮、中潮以及小潮)來進(jìn)行構(gòu)建。由數(shù)值模擬結(jié)果，總結(jié)了該海域的海床長期演變規(guī)律。 本數(shù)學(xué)模型能