近岸海床細泥沙輸移及沖刷防護研究.pdf

1、海床演變、近岸人工島規(guī)劃布置以及沖刷防護均與細泥沙的輸移有著緊密的關(guān)系。這些問題可通過研究細泥沙在海岸水域的輸移過程和運動規(guī)律進行分析。近年來，隨著河流入海泥沙的減少和海岸區(qū)域的開發(fā)建設(shè)，海床經(jīng)歷著各種變化，原有的平衡受到破壞，侵蝕作用加強，有必要對泥沙輸移后的海床變化和侵蝕區(qū)域構(gòu)筑物周圍沖刷防護進行研究?，F(xiàn)有數(shù)值模型以結(jié)構(gòu)網(wǎng)格模型居多，但天然海岸邊界曲折復(fù)雜，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格模型能很好地給出不規(guī)則岸線周圍物質(zhì)運動特征。實際海域中波流作用下的

2、三維運動特征明顯，作為細泥沙輸移的動力和載體，真實的近岸流動對海床演變和平衡剖面的塑造起著重要影響?；谙惹暗姆墙Y(jié)構(gòu)環(huán)流模型未考慮波浪作用和現(xiàn)有輻射應(yīng)力公式的限制，針對存在粘性和非粘性成分泥沙的實際粉沙海床，建立了波流作用下非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的三維混合細泥沙數(shù)學模型并對此類海床泥沙輸移特征進行了研究;針對海底構(gòu)筑物周圍床面泥沙輸移后的變化進行了聯(lián)鎖排防護下的物理模型試驗。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)在建立的三維波流模型中，控制方程由改進

3、水面函數(shù)的波浪輻射應(yīng)力結(jié)合水滾效應(yīng)添加到原始方程組成，考慮了波流作用下的水體擴散和底部非線性的切應(yīng)力。將建立的波流模型對近岸水體的三維流動特征進行模擬。通過模擬已有水槽試驗中平坦斜坡、不規(guī)則斜坡和人工島周圍的波生流，再現(xiàn)了淺水區(qū)域的復(fù)雜流態(tài)。模型通過改進后的波浪輻射應(yīng)力并結(jié)合水滾效應(yīng)能準確給出斜坡上沿程分布的回流速度。各試驗水槽的模擬結(jié)果均和已有的試驗數(shù)據(jù)一致，模型能很好地模擬近岸區(qū)域的水流特征，為細泥沙輸移提供水動力計算基礎(chǔ)。

4、　　(2)在混合細泥沙海床的模型建立中，細泥沙在波流作用下的輸移采用懸移質(zhì)對流擴散方程進行計算。模型考慮了粘性和非粘性成分泥沙的沉降速度、侵蝕與沉降通量。細泥沙輸移引起的海床變化考慮了這兩類性質(zhì)泥沙的貢獻。將建立的混合細泥沙模型對我國渤海遼東灣區(qū)域的粉沙海床進行應(yīng)用研究。在模型結(jié)果和實測數(shù)據(jù)驗證中，可以得出模型考慮粘性和非粘性成分泥沙比僅考慮粘性成分泥沙能給出準確的泥沙濃度變化過程。非粘性成分的泥沙沉降和侵蝕通量均較大，但粘性成分泥沙引

5、起的海床變化大于非粘性細泥沙引起的海床變化，粘性成分泥沙輸移對海床變化作用明顯，非粘性成分泥沙的凈輸移相對小。模型計算的海床相對于以前河流泥沙輸入下岸線周圍沉積減小，淺水區(qū)域侵蝕作用相對明顯。
　　(3)考慮到當前三維模型計算波流作用下海床年沖淤變化的耗時性，采用地形加速因子對海床沖淤變化進行約減計算。將地形加速因子應(yīng)用到已有的細泥沙水槽試驗中，模型計算的波流作用下泥沙濃度和床面變化均與試驗數(shù)據(jù)一致。在實際海域加速因子應(yīng)用計算中，

6、波浪采用沿岸輸沙平衡下的年特征代表波浪，對遼東灣海域近岸人工島布置下的海床變化進行預(yù)測，得出在近岸人工島周圍細泥沙輸移后的局部沖刷明顯。
　　(4)在極限波浪和水流共同作用下對細泥沙海床鋪設(shè)的管道進行聯(lián)鎖排防護下的沖刷試驗研究。在試驗水槽中采用黃河口天然粉沙制作模型床面，對管道周圍粉沙床面細泥沙輸移下的侵蝕過程進行研究。在管道上方鋪設(shè)混凝土聯(lián)鎖排進行防護，對聯(lián)鎖排的穩(wěn)定性及其對管道防護下引起周圍床面的二次沖刷進行研究，并給出聯(lián)鎖排