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张家埠新港建成后的冲淤变化及平衡时的极限冲刷深度预测

作　者: 隋倩倩
导　师: 冯秀丽
学　校: 中国海洋大学
专　业: 海洋地质
关键词: 数值模拟波流共同作用极限冲刷深度临界起动剪切力
分类号: P737.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在相对稳定的海岸上,正常情况海底泥沙处于冲淤相对平衡状态。但遇到大风浪时,风浪和潮流合成作用,这时,平衡状态被破坏,泥沙被掀起成为悬沙。风停后,水体紊动强度逐渐减弱,海流携沙能力减小,超饱和悬沙沉降,含沙量逐渐减小,直到海底泥沙再次形成某种冲淤相对平衡状态为止。波流共同作用使构筑物原滩面受到不同程度的冲蚀和淤积,而地基稳定性与该区冲蚀深度有着密不可分的关系,当冲刷深度达到一定程度后,不仅构筑物可能发生倾斜、倒塌,造成重大损失,而且将影响周边海底地形的变化,形成与构筑物和复杂海洋水动力的动态联动耦合作用。本文主要研究张家埠新港建成后对海洋环境的影响,港区建设改变了原来的自然岸线和水域状态,流速流向发生一定的变化。码头建设,引堤、围堰工程及航道疏浚工程的建设对局部流场流向有所改变,新的岸线形成以后工程附近涨、落潮流向均较小角度的变化,造成冲淤环境的改变,地形地貌发生相应的变化。本文运用ECOMSED三维模型模拟潮流、波浪(施加风)作用条件下工程周围海域海底地形的演化,对工程建成后的冲淤状况进行模拟,并对流场和浪场二者进行耦合,求得波浪和潮流共同作用下对海底的切应力,与沉积物临界起动剪切力比较,分析其冲淤变化。对于冲刷区域,选择适当的水深步长,迭代计算波流作用下的床面切应力,直到停止冲刷,预测冲淤平衡时的极限冲刷深度,为工程设计和防护提供科学依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 前言  10-21
  1.1 研究意义  10
  1.2 国内外概况、发展趋势  10-15
    1.2.1 国外泥沙数值模型的研究  12-14
    1.2.2 国内泥沙数值模型的研究  14-15
  1.3 研究区概况  15-20
    1.3.1 地理位置  15-16
    1.3.2 气象  16-17
    1.3.3 海洋水文  17-18
    1.3.4 工程建设内容  18-20
  1.4 研究内容、研究方法和研究思路  20-21
    1.4.1 研究内容  20
    1.4.2 研究方法和研究思路  20-21
2 研究区数值模拟系统的构建  21-29
  2.1 潮流场数值模拟  21-23
    2.1.1 模式介绍  21-22
    2.1.2 连续方程  22-23
  2.2 工程区设计波浪要素的计算  23-24
    2.2.1 模式介绍  23-24
    2.2.2 主要控制方程  24
  2.3 地形地貌冲淤数值模拟  24-29
    2.3.1 冲刷机理及淤积分析  24-25
    2.3.2 泥沙运动控制方程  25
    2.3.3 沉积物再悬浮和沉积计算公式选取  25-29
3 数值模拟在研究区的应用  29-75
  3.1 研究区水文泥沙概述  29-45
    3.1.1 潮流  29-34
    3.1.2 余流  34-35
    3.1.3 海流观测结果分析  35
    3.1.4 波浪  35
    3.1.5 研究区地形地貌特征  35-37
    3.1.6 工程附近海域泥沙运移特征  37-39
    3.1.7 沉积物分布特征  39-45
  3.2 计算区域及网格的生成  45-51
    3.2.1 潮流模型  45-47
    3.2.2 波浪模型  47-48
    3.2.3 地形地貌冲淤模型  48-51
  3.3 计算结果分析  51-75
    3.3.1 潮流模型  51-59
    3.3.2 波浪模型  59-74
    3.3.3 地形地貌冲淤模型  74-75
4 研究区海域冲淤演变趋势分析与预测  75-87
  4.1 波流共同作用下海域极限冲刷深度预测  75-86
    4.1.1 波流共同作用时床面切应力计算  75-79
    4.1.2 海域泥沙起动力  79-80
    4.1.3 工程附近海域极限冲刷深度预测  80-86
  4.2 利用物理模型试验结果预测堤前冲刷深度  86-87
5 结论与建议  87-89
参考文献  89-95
致谢  95

张家埠新港建成后的冲淤变化及平衡时的极限冲刷深度预测

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