近岸地區(qū)在潮流和波浪的作用下,泥沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程復(fù)雜,尤其在風(fēng)暴潮期間,受臺(tái)風(fēng)浪的影響,會(huì)引起劇烈的泥沙輸移和岸灘侵蝕,給海岸帶環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞。風(fēng)暴潮過(guò)程中水流流態(tài)復(fù)雜、具有強(qiáng)非恒定性,床面會(huì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生劇烈沖淤,懸沙濃度高且隨時(shí)空變化顯著,水流運(yùn)動(dòng)、泥沙輸移和地形沖淤三者之間相互影響,其耦合作用不能完全忽略。因此,本文建立了考慮波、流共同作用的水動(dòng)力-泥沙-地形耦合數(shù)值模型,模型首先分別采用非靜壓波浪數(shù)學(xué)模型和位相平均的SWAN模型來(lái)考慮波浪的效應(yīng),進(jìn)而在水動(dòng)力模塊中考慮床面沖淤變化及其引起的泥沙濃度變化對(duì)挾沙水流運(yùn)動(dòng)的影響,以實(shí)現(xiàn)對(duì)水流運(yùn)動(dòng)、泥沙輸移和地形沖淤變化三個(gè)物理過(guò)程的耦合計(jì)算。論文分別采用多個(gè)典型案例對(duì)兩種不同波流耦合模式下的水-沙-床耦合模型進(jìn)行了驗(yàn)證,并將其應(yīng)用于墨西哥灣Santa Rosa堰洲島,計(jì)算分析Ivan風(fēng)暴潮漫灘沖刷引起的泥沙輸移和地形沖淤演變過(guò)程。主要研究成果及結(jié)論如下:(1)非靜壓水-沙-床耦合模型通過(guò)考慮垂向加速度變化對(duì)動(dòng)水壓強(qiáng)的貢獻(xiàn),對(duì)流速和水位進(jìn)行修正,以體現(xiàn)波浪對(duì)水流和泥沙運(yùn)動(dòng)的影響,同時(shí)考慮了波浪破碎引起的湍流混合。與基于靜壓假定的模型相比,...

【文章頁(yè)數(shù)】：107 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 風(fēng)暴潮數(shù)值模擬研究
        1.2.2 波浪數(shù)值模擬研究
        1.2.3 波流耦合數(shù)值模擬研究
        1.2.4 水沙運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬研究
    1.3 本文研究工作
    1.4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    1.5 本文組織結(jié)構(gòu)
2 非靜壓水-沙-床耦合模型
    2.1 控制方程
        2.1.1 水-沙-床耦合的水流運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)方程
        2.1.2 不飽和全沙輸移方程和床面變形方程
    2.2 數(shù)值計(jì)算方法
        2.2.1 模型計(jì)算流程
        2.2.2 離散格式
        2.2.3 界面變量重構(gòu)方法
        2.2.4 通量計(jì)算方法
        2.2.5 源項(xiàng)處理
        2.2.6 擴(kuò)散項(xiàng)處理
        2.2.7 穩(wěn)定性條件
        2.2.8 邊界條件處理
    2.3 模型驗(yàn)證
        2.3.1 孤立波爬坡實(shí)驗(yàn)
        2.3.2 規(guī)則波在潛堤地形上傳播實(shí)驗(yàn)
        2.3.3 局部潰壩定床實(shí)驗(yàn)
        2.3.4 一維動(dòng)床潰壩實(shí)驗(yàn)
        2.3.5 局部潰壩動(dòng)床實(shí)驗(yàn)
    2.4 本章小結(jié)
3 位相平均的水-沙-床耦合模型
    3.1 控制方程
        3.1.1 水-沙-床耦合的水流運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)方程
        3.1.2 不飽和全沙輸移方程和床面變形方程
        3.1.3 SWAN波浪方程
    3.2 數(shù)值計(jì)算方法
        3.2.1 模型計(jì)算流程
        3.2.2 離散方程
    3.3 模型驗(yàn)證
        3.3.1 波生沿岸流模擬
        3.3.2 風(fēng)暴潮通過(guò)潮汐通道過(guò)程數(shù)值模擬
        3.3.3 風(fēng)暴潮水流漫灘過(guò)程數(shù)值模擬
    3.4 本章小結(jié)
4 Santa Rosa堰洲島沖淤演變模擬
    4.1 算例情況
    4.2 算例設(shè)置
    4.3 模擬結(jié)果
        4.3.1 位相平均水-沙-床耦合模型模擬結(jié)果
        4.3.2 非靜壓水-沙-床耦合模型模擬結(jié)果
    4.4 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)歷



本文編號(hào)：3953459