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海滩养护剖面设计的数值与实验模拟应用研究

作　者: 董丽红
导　师: 梁书秀
学　校: 大连理工大学
专　业: 港口海岸及近海工程
关键词: 海滩养护海滩平衡剖面海滩剖面设计岸滩演变模拟海滩物模实验
分类号: U656.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

海滩养护是近年来国内外备受推崇的海岸防护措施。我国十二五规划中对于海岸防护及岸线恢复工作更加重视,加强海滩养护相关理论和技术问题研究是进一步做好此项工作的关键。海滩养护剖面设计的合理性影响养护后岸滩与当地水动力环境的适应能力,从水动力角度分析影响海滩演变的设计因素是保证人工海滩稳定性的首要条件。本文首先回顾了近年来海滩养护在国内外的开展情况,介绍了海滩平衡剖面理论、海滩演变的数值与物理模型试验方面的研究进展。探讨了海滩养护中常见的稳定岸线形态及剖面形态设计方法。重点介绍了岬湾型岸线设计方法在海滩养护中的应用,并利用抛物线岸线拟合模型进行岬湾型岸线布置和岸线稳定性预测分析,包括现存海滩岸线的稳定性分析、人工建筑物修建对原有岸线的影响等。此外,依据Dean的平衡剖面理论对白沙湾海滩养护平衡剖面进行了初步设计。应用岸滩剖面演变模型,对不同海滩养护剖面设计方案下海滩稳定性进行数值模拟分析。利用剖面演变模型讨论补沙粒径、滩肩宽度、滩肩高程等因素对岸滩稳定性的影响,为合理选择海滩剖面设计参数提供依据。此外,进行了潜堤和护岸存在的海滩剖面演变数值实验,分析了不同堤顶高程、堤顶宽度和离岸距离的潜堤对岸滩剖面掩护作用的差异。利用岸线演变的一线模型,进行养护后新海滩岸线不同年限后岸线冲淤变化模拟,以基于岸线冲淤预测结果进行岸线布置方案的合理性评价。物理模型实验一方面能同时考虑泥沙的横向输移和纵向输移,另一方面弥补数值模型中对于波浪的折射、绕射、反射考虑的不足,因此,通过物理模型实验进一步分析岸滩剖面稳定性和岸线稳定性。首先进行实验室模型设计和布置,开展海滩物理模型验证性试验研究。通过实验中观察岸滩侵蚀部位和侵蚀强度,与现场观测结果对比,进行物理模型实验相似性验证,验证结果较好。在保证模型与原型相似的前提下,进行人工海滩补滩剖面和岸线稳定性研究,得到了不同重现期波浪作用下海滩剖面的侵蚀和恢复形态,以及不同重现期的波浪作用下的岸线的蚀退和淤长量,在此基础上分析了不同波浪条件对海滩横向剖面和岸线稳定性的影响,进行岸滩泥沙运移规律研究。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 前言  9-25
  1.1 海滩养护工程开展情况  9-12
    1.1.1 国外养滩工程的开展  11-12
    1.1.2 国内养滩工程的开展  12
  1.2 海滩剖面理论研究进展  12-21
    1.1.2 海滩平衡剖面理论研究进展  12-19
    1.1.3 数值模型在海滩养护研究中应用  19-20
    1.1.4 海滩养护剖面实验研究进展  20-21
  1.3 海滩养护研究中的热点问题  21-23
  1.4 本文的主要内容  23-25
2 数学模型  25-38
  2.1 数学模型简介  25-26
  2.2 剖面演变模型  26-35
    2.2.1 水动力模型  26-29
    2.2.2 泥沙模型  29-35
    2.2.3 剖面形态模型  35
  2.3 岸线演变模型  35-38
3 海滩养护设计  38-61
  3.1 研究区域水动力及冲淤环境分析  38-45
    3.1.1 研究区域水动力特征  38-42
    3.1.2 研究区域岸滩冲淤环境分析  42-45
  3.2 海滩养护岸线设计  45-54
    3.2.1 海滩养护岸线形态模型  45-46
    3.2.2 海滩养护岸线形态设计  46-49
    3.2.3 岸线设计及演变趋势分析实例  49-54
  3.3 海滩养护剖面设计  54-61
    3.3.1 海滩养护剖面设计原理  54-56
    3.3.2 白沙湾养滩剖面设计  56-61
4 养滩工程优化设计的数值模拟研究  61-81
  4.1 海滩养护设计剖面的数值优化分析  61-70
    4.1.1 补滩剖面在不同重现期波浪作用下演变  61-63
    4.1.2 不同泥沙粒径的补滩剖面稳定性分析  63-65
    4.1.3 不同宽度的滩肩剖面保持能力对比  65-67
    4.1.4 滩肩高程对补滩剖面稳定性影响  67-68
    4.1.5 风暴潮下剖面的演变分析  68-70
  4.2 人工养滩与硬性防护工程构筑物的组合分析  70-74
    4.2.1 淹没式离岸堤对补滩剖面稳定性影响  70-73
    4.2.2 人工护岸位置对剖面演变的影响  73-74
  4.3 岸线变形预测  74-81
5 海滩养护平衡剖面实验研究  81-118
  5.1 实验模型介绍  81-86
  5.2 实验流程  86-87
  5.3 模型验证  87-96
    5.3.1 冲淤形态对比  87-94
    5.3.2 冲淤相似性分析  94-96
  5.4 不同重现期波浪下海滩设计剖面侵蚀对比  96-115
    5.4.1 侵蚀剖面  96-105
    5.4.2 恢复剖面  105-115
  5.5 不同重现期作用下岸线形态对比  115-118
结论与展望  118-121
  结论  118-119
  展望  119-121
参考文献  121-126
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  126-127
致谢  127-128

海滩养护剖面设计的数值与实验模拟应用研究

内容摘要

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