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近岸潮流和泥沙运动三维数值模拟

作　者: 邵宇阳
导　师: 严以新
学　校: 河海大学
专　业: 港口海岸及近海工程
关键词: 潮流泥沙三维数学模型 海岸泥沙 沉积通量 再悬浮通量 日照港
分类号: TV148
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


河口海岸泥沙运动研究涉及三大要素:河口海岸动力因素、泥沙特性和工程环境因素。这三者各自又是多因子集合,在理论上和研究手段上都存在很多问题,使得河口海岸泥沙运动的研究具有极高的难度,成为河口海岸学中的难题之一。目前主要的研究方法是理论研究、实验室实验、现场观测和数值模拟。本文对近岸潮流和泥沙运动特性及其数值模拟进行了探讨,主要工作体现在以下几个方面: 1、泥沙运动特性分析 底边界条件的合理确定目前研究河口海岸泥沙冲淤变化问题的关键所在,水流挟沙能力法和底部剪切应力法是给出底边界条件的两种主要方法,两种方法都具有各自不同的物理意义和数学表达形式。本文对分别用这两种方法表示的泥沙再悬浮通量和沉积通量进行比较分析,探讨了泥沙底边界条件的两种表达方法在数学表达形式上的异同,对这两种物理含义不同方法的对应量进行了对比分析,提出了进一步研究河口海岸泥沙运动底边界的一些设想。 2、潮流泥沙数学模型 河口海岸潮流泥沙运动具有三维特性,三维数学模型能较合理地反映河口海岸潮流运动的三维特性和悬沙与床沙之间复杂的交换问题。本文在对河口海岸潮流泥沙数学模型的现状进行了分析的基础上,给出了能够描述河口海岸潮流泥沙特性的三维数学模型和定解条件,并进行了数值离散。 3、模型应用 潮流泥沙三维数学模型用于实际海域存在着诸多的困难,体现在理论上不甚完善、河口海岸地区水动力因素复杂多变、泥沙的边界条件难以确定等方面。本文在分析了河口海岸水动力及泥沙运动特性的基础上,以日照港滨海海域潮流泥沙运动计算为例,根据实际地形资料在对计算参数多次率定后,选取合理参数计算了该海域的潮流泥沙三维分布,得出了与实际情况较为吻合的计算结果。对潮流泥沙三维数学模型在实际海域的应用从理论和模拟方法上进行了总结、分析与探讨。 河口海岸地区泥沙问题的研究由于河口海岸诸多工程的建设得到了研究者摘要河海人学硕卜论文的重视,泥沙底边界层上的冲刷和淤积问题及其数值模拟方法更是其研究重点之一。本文在对国内外泥沙数学模型研究成果的总结与分析基础上,对河口海岸潮流泥沙的特性及其数值模拟进行了分析和探讨,并将其用于实际海域计算得出了与实际海域实测资料较为吻合的计算结果,研究结果对于河口海岸泥沙运动具有一定意义上的理论和应用价值。关键词:潮流泥沙三维数学模型,海岸泥沙,沉积通量,再悬浮通量,日照港

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-15
  1．1 研究目的及意义  9-10
  1．2 河口海岸泥沙研究现状  10-12
  1．3 国内外河口近岸泥沙数学模型研究进展  12-13
  1．4 本文主要工作  13-15
第二章 潮流和泥沙三维数学模型  15-28
  2．1 潮流和泥沙三维数学模型基本方程  15-22
    2．1．1 笛卡儿坐标系潮流和泥沙运动基本方程  15-18
    2．1．2 坐标转换关系  18-20
    2．1．3 广义坐标系下三维潮流和泥沙运动基本方程  20-22
  2．2 定解条件  22-24
    2．2．1 初始条件  22-23
    2．2．2 侧边界条件  23
    2．2．3 自由表面和底边界条件  23-24
  2．3 模型求解  24-27
    2．3．1 方程离散格式  25
    2．3．2 水平对流项差分算法  25-26
    2．3．3 计算流程  26-27
  2．4 小结  27-28
第三章 泥沙计算相关问题及计算参数选取  28-43
  3．1 泥沙计算中的基本要素  28-31
    3．1．1 床面剪切力  29-30
    3．1．2 泥沙起动和再悬浮的临界摩阻流速  30-31
  3．2 悬浮泥沙沉积速度的计算  31-32
    3．2．1 粘性泥沙沉积速度  31
    3．2．2 非粘性泥沙沉积速度  31-32
  3．3 泥沙再悬浮通量计算  32-35
    3．3．1 粘性泥沙再悬浮通量计算  32-33
    3．3．1 非粘性泥沙再悬浮通量计算  33-35
  3．4 泥沙沉积通量计算  35-37
    3．4．1 粘性泥沙沉积通量计算  35-37
    3．4．2 非粘性泥沙沉积通量计算  37
  3．5 泥沙床面处理  37-39
  3．6 不同泥沙源函数方法比较  39-42
  3．7 本文计算参数确定  42
  3．8 小结  42-43
第四章 日照港近岸海域三维水流运动特性研究  43-69
  4．1 日照港概况  43-44
  4．2 计算区域和地形水文资料  44-46
  4．3 潮位验证与分析  46-47
  4．4 流速流向分析验证  47-54
  4．5 日照港流场特性分析  54-56
  4．6 小结  56-69
第五章 日照港近岸海域泥沙运动特性研究分析  69-80
  5．1 日照港泥沙条件分析  69
  5．2 泥沙模拟结果分析  69-72
    5．2．1 悬沙垂线平均值分析  70-72
    5．2．2 悬沙浓度场和泥沙床面冲淤图分析  72
  5．3 结论  72-80
第六章 结语与展望  80-82
  6．1 本文研究成果  80
  6．2 未来工作及展望  80-82
参考文献  82-85
致谢  85

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水利工程基础科学 > 泥沙动力学、河流动力学 > 河口、港湾、海岸泥沙
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