破碎波作用下的粉沙懸沙濃度垂向分布計(jì)算方法的探討.pdf

1、波浪破碎是近岸懸沙的主要?jiǎng)恿?因此研究波浪破碎作用下的懸沙濃度垂向分布對于預(yù)測航道淤積有重大意義. 本文對破碎波作用下的粉沙質(zhì)海岸粉沙懸沙濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究并進(jìn)行分析.本文所進(jìn)行的主要工作如下:首先,通過對驢駒河粉沙和黃驊粉沙的水槽實(shí)驗(yàn)測量了破碎波作用下不同斷面處的懸沙濃度垂向分布；并采用ADV測量了不同斷面不同深度處的速度時(shí)間過程；對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行了初步分析,得出: (1)在波浪破碎點(diǎn)附近,上部水體懸沙濃度與破碎后基

2、本相同,不同的是波浪破碎前附近底部濃度值比破碎后大很多,從而斷面平均懸沙濃度比破碎后大,因此在計(jì)算泥沙輸移時(shí),應(yīng)對破碎前附近懸沙濃度垂向分布更加注重； (2)在卷破波作用下,距破碎點(diǎn)距離的長短對懸沙濃度的影響較大(與崩破波相比),在波浪破碎后當(dāng)距破碎點(diǎn)較短時(shí),懸沙濃度較大；反之,懸沙濃度較?。?(3)在破碎帶內(nèi)區(qū),驢駒河粉沙和黃驊粉沙懸沙濃度垂向分布均接近直線,且斜率非常大； (4)在波浪破碎前近底有高濃度含沙水

3、體層,而在波浪破碎后高濃度含沙水體層消失； (5)在波浪破碎情況下,整個(gè)斷面的顆粒級配圖中dso較為相近；而在波浪不破碎情況下,在整個(gè)斷面的顆粒級配圖中,d<,50>在底部較大,隨著距地面距離的增大,d<,50>不斷減小. 其次,對采用ADV測量的速度時(shí)間過程進(jìn)行傅立葉分解,采用George等的慣性耗散方法進(jìn)行分析,得到了紊動(dòng)耗散系數(shù)和紊動(dòng)強(qiáng)度.對沿程紊動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行分析后得出,分布形式與斷面平均懸沙濃度沿程分布規(guī)律相同,在

4、破碎點(diǎn)附近,紊動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到最大,在破碎點(diǎn)前,紊動(dòng)強(qiáng)度沿程增大；在破碎點(diǎn)后,紊動(dòng)強(qiáng)度沿程減??；然后,從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出發(fā),進(jìn)行了一系列的分析,具體如下: (1)根據(jù)實(shí)測濃度入手,應(yīng)用垂向一維懸沙擴(kuò)散方程,近似推求得到驢駒河粉沙泥沙擴(kuò)散系數(shù)； (2)從實(shí)驗(yàn)得出的斷面的顆粒級配圖,通過沉速公式給出了波浪不破碎情況下的泥沙沉速垂向分布形式； (3)根據(jù)Kolmogorov-Prandtl公式,并假定泥沙擴(kuò)散系數(shù)等于動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù),

5、對泥沙擴(kuò)散系數(shù)和紊動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行分析,得出了包含波浪對流影響的紊動(dòng)尺度；再通過Kolmogorov-Prandtl公式,得出了沿程懸沙擴(kuò)散系數(shù)垂向分布； (4)根據(jù)紊動(dòng)尺度的選擇,建立了波浪不破碎情況下的泥沙擴(kuò)散系數(shù)模型； (5)應(yīng)用波浪不破碎情況下泥沙沉速分布形式和泥沙擴(kuò)散模型代入垂向一維泥沙擴(kuò)散方程計(jì)算實(shí)驗(yàn)波況下的懸沙濃度垂向分布,計(jì)算結(jié)果與實(shí)測濃度較為相近； (6)通過引入破碎波浪表面懸沙擴(kuò)散系數(shù)表達(dá)式,

6、對Ogston的泥沙擴(kuò)散系數(shù)模型進(jìn)行修正,并基于波浪不破碎情況下的泥沙擴(kuò)散系數(shù)模型,分別建立了破碎帶外區(qū)和破碎帶內(nèi)區(qū)泥沙擴(kuò)散系數(shù)模型； (7)用建立的泥沙擴(kuò)散系數(shù)模型代入垂向一維泥沙擴(kuò)散模型,計(jì)算實(shí)測波況下的懸沙濃度垂向分布,計(jì)算結(jié)果與實(shí)測濃度較為相近； 最后,對近底高濃度含沙水體層提出了新的定義,根據(jù)實(shí)測濃度插值計(jì)算近底高濃度含沙層厚度,并與邊界層厚度進(jìn)行了對比,得出近底高濃度含沙層厚度與邊界層厚度的關(guān)系.并基于此,提