【摘要】：近年來,由于世紀(jì)性的海平面上升及陸域入海水砂總量的減少,海洋動(dòng)力作用日益增強(qiáng),侵蝕型海灘范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,海灘寬度變窄、坡度變陡和灘面物質(zhì)粗化等問題日趨嚴(yán)重,引起了水利與海洋界的廣泛關(guān)注,亦成為海岸工程研究的熱點(diǎn)課題之一。泥砂促淤防沖技術(shù)在國(guó)內(nèi)取得了較好的成績(jī)。從工程角度而言修筑丁壩、順壩等實(shí)體建筑物,或建樁柱、拋擲四面六方體、架設(shè)鐵絲網(wǎng)、拋投柔性浮簾等透水結(jié)構(gòu),以及在灘面種植紅樹林、互花米草等大型植物等都對(duì)泥砂防沖促積起到較好的效果,但對(duì)于旅游開發(fā)的海灘缺乏一定的適用性。 本論文研究的多孔方形人工魚礁及人工砂壩等近海凸體防護(hù)工程措施,不僅具有施工的便捷性,而且具有多功能性,對(duì)海灘的動(dòng)態(tài)防護(hù)及近海的生態(tài)維護(hù)能起到較積極的作用。在近海防護(hù)及注重環(huán)境保護(hù)的當(dāng)代海岸防護(hù)理念下,近海(岸)拋填砂壩或安置人工礁體能夠滿足人們對(duì)海灘的使用要求。試驗(yàn)所用礁體為國(guó)內(nèi)已有拋填的較經(jīng)濟(jì)魚礁類型,其穩(wěn)定性可抵抗波浪、水流作用下的傾覆及漂移,人工砂壩的填筑砂源可用挖泥船直接從深海挖取。 波浪和水流作用下,海岸泥砂的縱向及橫向運(yùn)動(dòng)必然會(huì)引起岸灘的沖淤變化。沿岸泥砂運(yùn)動(dòng)主要取決于波導(dǎo)沿岸流,而橫向運(yùn)動(dòng),或稱向岸-離岸運(yùn)動(dòng)則主要是波浪水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)引起的。橫向泥砂的運(yùn)動(dòng)方向決定了海灘剖面變化趨勢(shì)。因此如何通過工程措施減弱或阻滯泥砂的橫向及縱向運(yùn)動(dòng)將是海灘防護(hù)工程的根本,而如何改變波流等動(dòng)力因素對(duì)泥砂輸移的方向和強(qiáng)度,則是海灘防護(hù)的關(guān)鍵。近海(岸)拋填人工砂壩或安置人工魚礁,通過削弱透射波浪強(qiáng)度,形成掩護(hù)區(qū)域,為泥砂的落淤提供有力條件,人工砂壩通過對(duì)掩護(hù)區(qū)域的流場(chǎng)產(chǎn)生影響,可削弱離岸流的挾砂能力,而人工魚礁對(duì)礁后一定范圍水流的阻滯作用,可防止泥砂離岸虧損,其對(duì)礁體前后水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的影響,起到調(diào)整泥砂運(yùn)移趨勢(shì)的作用。 本文通過分析海灘侵蝕發(fā)生的原因機(jī)理,比較了國(guó)內(nèi)外相關(guān)的海岸防護(hù)工程措施,發(fā)現(xiàn)以海灘補(bǔ)砂為主要手段,各硬性工程措施為輔助措施的綜合養(yǎng)灘工程,及各種通過海洋動(dòng)力自身因素來完成養(yǎng)護(hù)海灘的工程措施,如海灘刮砂等,已經(jīng)逐漸成為發(fā)達(dá)國(guó)家海灘養(yǎng)護(hù)的主要手段。近岸拋填泥砂或安置人工魚礁,不僅可以造成波浪的削減,形成掩護(hù)區(qū)的微淤環(huán)境,同時(shí)人工魚礁或近岸砂壩可形成較理想的生態(tài)環(huán)境,為魚類或海底生活等棲息、繁殖提供保障。 本文在前人的基礎(chǔ)上,對(duì)人工魚礁定床作用下的流場(chǎng)及底部沖刷進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)“可實(shí)現(xiàn)”及RNG兩種紊流模型都能在一定精度內(nèi)模擬試驗(yàn)礁體的流場(chǎng)等因素,而“可實(shí)現(xiàn)”模型的模擬結(jié)果與室內(nèi)物理模型試驗(yàn)的數(shù)據(jù)更加吻合與接近,可見“可實(shí)現(xiàn)”模型在此模型礁體的數(shù)值分析上更有優(yōu)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上利用“可實(shí)現(xiàn)”模型對(duì)人工魚礁的流場(chǎng)進(jìn)一步分析了流速、水深等環(huán)境因素對(duì)礁體阻流等規(guī)律的研究。結(jié)果表明： 1.人工魚礁高度以內(nèi),礁體對(duì)水流有阻滯作用,而礁體高度以上則形成增強(qiáng)水流,在礁后表層流速升至最大。 2.從模擬的底床動(dòng)水壓力分布可以看出,礁體局部沖刷的起始位置應(yīng)該位于礁體前方兩側(cè)棱外緣的新月形區(qū)域。 3.人工魚礁隨著流速的增大其表層上升流及底部阻流的縱向尺度等保持一致的規(guī)律,而礁體后方底部尾流的漩渦基本穩(wěn)定在3-4倍礁長(zhǎng)范圍內(nèi),在此附近的流速極小,為泥砂沉積提供保障。 通過動(dòng)床的物理模型試驗(yàn),測(cè)量了單向流作用下礁體周圍流場(chǎng)及沖刷穩(wěn)定后的地形,結(jié)果表明魚礁局部沖刷呈現(xiàn)以縱向中軸為中心左右對(duì)稱的沖刷形態(tài),無蓋多孔礁體的沖刷深度及寬度在同樣平均來流流速下最小,確定為近岸安置防護(hù)海灘的礁體形式。 通過對(duì)選取的典型海灘斷面進(jìn)行波浪物理模型試驗(yàn),分析了近岸人工魚礁及近岸補(bǔ)砂對(duì)波浪的削減規(guī)律及其作用下的岸灘地形響應(yīng)特征。結(jié)果表明人工魚礁、近岸人工砂壩可以起到較好的消浪保灘功效。 通過最大信息熵理論推導(dǎo)了穩(wěn)定海灘剖面形式,并用試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證,分析了該公式的合理性及局限性。
【圖文】：

但隨著深度進(jìn)一步加大，漩渦和下潛水流強(qiáng)度減弱，最終不能再帶動(dòng)沖刷坑內(nèi)的泥砂運(yùn)動(dòng)而達(dá)到?jīng)_刷平衡階段。圖2一12一圖2一15分別為礁體前方流速矢量情況及底床的動(dòng)水壓力和床面剪切力分布。從圖2一12可以看出，在魚礁前方有一流速約0.lm/s下潛水流，在礁體兩側(cè)流速分布有兩層，緊貼礁體的內(nèi)層流速較小，而外層流速較大。從圖2一13魚礁中心處流速剖面圖可以看出，，在礁體兩側(cè)下方也有水流下潛的現(xiàn)象，這種流態(tài)對(duì)魚礁周圍泥砂有擾動(dòng)作用。流場(chǎng)動(dòng)水壓力與流速的平方成正比，因此動(dòng)水壓力分布能反映流場(chǎng)流速的分布情況。圖2一14為魚礁放置下底床的動(dòng)水壓力分布情況，可以看出迎水面兩側(cè)從礁棱開始有一動(dòng)水壓強(qiáng)最大 (0.05pa左右)的“新月”形區(qū)域，說明此處底床流速也最大。而在礁體的前方及兩側(cè)存在較小范圍的低壓區(qū)或負(fù)壓區(qū)

流速(m/s) 0.25圖2一18模型礁體B豎向流速斷面測(cè)量值與計(jì)算值的比較 (X=0.sm，y=om)-一RNG模型—“可實(shí)現(xiàn)”模型帶試驗(yàn)數(shù)據(jù) 000.2J525

本文編號(hào)：2692909