本文關(guān)鍵詞：長江河口細(xì)顆粒泥沙沉降速度研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：長江河口鹽淡水交匯區(qū)廣泛存在著黏性細(xì)顆粒泥沙,極易發(fā)生絮凝現(xiàn)象。絮凝作用引起的沉降速度增大會(huì)導(dǎo)致泥沙在一些敏感地區(qū)出現(xiàn)大量落淤,引發(fā)航道淤積等問題。作為泥沙動(dòng)力特征的核心物理量,沉降速度已成為研究泥沙運(yùn)動(dòng)、計(jì)算沖淤變化的重要參量。因此,長江河口黏性細(xì)顆粒泥沙絮凝作用下的沉降速度研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。泥沙絮凝沉速受粒徑、泥沙濃度、鹽度、紊動(dòng)等多種因素影響,現(xiàn)場直接觀測的技術(shù)手段也較為有限,目前尚未得到統(tǒng)一而權(quán)威的、綜合考慮多個(gè)影響因子的長江河口泥沙沉速公式。本文基于室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模式研究方法給出了長江河口黏性細(xì)顆粒泥沙沉降速度的定量表達(dá)。主要成果如下：1.自主設(shè)計(jì)并搭建了泥沙沉降試驗(yàn)平臺(tái),測量長江口細(xì)顆粒泥沙在不同泥沙濃度和鹽度下的靜水沉速。該平臺(tái)具備時(shí)空分辨率高、干擾小、量程廣等優(yōu)點(diǎn),試驗(yàn)樣品來自長江口現(xiàn)場的天然水樣泥樣,沉速計(jì)算方法為物理意義清晰的控制體積法。共完成不同鹽度、泥沙濃度條件下約200個(gè)批次的沉降試驗(yàn),測量數(shù)據(jù)表明長江口細(xì)顆粒泥沙最佳絮凝濃度約在4～5 kg/m3,泥沙濃度在4 kg/m3附近的最佳絮凝鹽度約為23,泥沙濃度在5 kg/m3附近的最佳絮凝鹽度約為12。最終得到靜水條件下泥沙濃度和鹽度對(duì)單顆粒泥沙沉速修正的關(guān)系式。2.在室內(nèi)靜水試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上,結(jié)合理論分析,考慮了紊動(dòng)對(duì)沉速的影響。首先,選取垂向擴(kuò)散系數(shù)和絮凝體直徑作為紊動(dòng)影響函數(shù)的基本參數(shù),經(jīng)過理論分析和變量歸一化處理構(gòu)建得到紊動(dòng)因子影響函數(shù)。其次,借鑒多批實(shí)測資料得到懸沙粒徑空間分布,通過公式計(jì)算得到長江河口區(qū)域的單顆粒泥沙沉速值。最終,得到綜合考慮粒徑、鹽度、泥沙濃度、紊動(dòng)重要影響因子的動(dòng)水沉速表達(dá)式。3.基于導(dǎo)師研究組長期開發(fā)、應(yīng)用的三維水動(dòng)力和泥沙數(shù)值模式,引進(jìn)了本文構(gòu)建的泥沙沉速公式。該模式在潮灘動(dòng)邊界計(jì)算、數(shù)值格式求解和泥沙模塊計(jì)算等方面均已得到提升,并且引進(jìn)了三重嵌套的WRF大氣模型提供風(fēng)場和SWAN波浪模型提供波浪參數(shù)。WRF模型和SWAN模型與實(shí)測資料驗(yàn)證效果較好,能為水動(dòng)力泥沙模型提供可靠的風(fēng)場和波浪參數(shù)。應(yīng)用三維水動(dòng)力泥沙數(shù)值模型,利用多批實(shí)測資料對(duì)紊動(dòng)影響函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行率定,并對(duì)引入多因子沉速公式的模式進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明,應(yīng)用本文得出的多因子沉速公式模式計(jì)算的泥沙濃度與實(shí)測資料吻合得更好,可以得到推廣使用。4.模擬了洪枯季長江口北槽剖面的泥沙沉速,分析了泥沙沉速的時(shí)空分布特征及其與影響因子的關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：沉降速度 室內(nèi)試驗(yàn) 絮凝 紊動(dòng) 數(shù)值模擬 長江河口
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TV148
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-13
• 第一章 緒論13-27
• 1.1 研究背景和研究意義13-14
• 1.2 研究進(jìn)展及現(xiàn)狀14-25
• 1.2.1 泥沙沉速基本概念和研究方法14-15
• 1.2.2 室內(nèi)試驗(yàn)研究15-17
• 1.2.3 現(xiàn)場觀測17
• 1.2.4 泥沙沉速計(jì)算公式17-22
• 1.2.5 長江河口泥沙的絮凝機(jī)制及絮凝沉降的影響因子22-25
• 1.3 尚存在問題25
• 1.4 本文工作25-27
• 第二章 長江口細(xì)顆粒泥沙靜水沉降試驗(yàn)研究27-61
• 2.1 研究技術(shù)路線27-28
• 2.2 試驗(yàn)介紹28-39
• 2.2.1 試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)搭建與傳感器參數(shù)標(biāo)定28-31
• 2.2.2 試驗(yàn)沙樣、水樣采集31-34
• 2.2.3 試驗(yàn)組次設(shè)計(jì)34
• 2.2.4 測量儀器組合與光學(xué)參數(shù)的標(biāo)定34-37
• 2.2.5 沉速計(jì)算方法37-39
• 2.3 試驗(yàn)步驟39-40
• 2.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析40-51
• 2.4.1 代表性條件下的泥沙沉降過程分析41-48
• 2.4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析48-49
• 2.4.3 靜水沉降與泥沙濃度和鹽度關(guān)系49-51
• 2.5 鹽度和泥沙濃度影響下沉速表達(dá)式的構(gòu)建51-59
• 2.6 小結(jié)59-61
• 第三章 三維數(shù)值模式的介紹及設(shè)置61-84
• 3.1 水動(dòng)力模式介紹61-66
• 3.2 泥沙模式介紹66-70
• 3.3 初始條件和邊界條件70-73
• 3.3.1 初始條件70-71
• 3.3.2 邊界條件71-73
• 3.4 潮灘動(dòng)邊界73
• 3.5 數(shù)值求解方法73-75
• 3.5.1 動(dòng)量方程和連續(xù)方程73-74
• 3.5.2 物質(zhì)輸運(yùn)方程74-75
• 3.5.3 密度方程75
• 3.6 WRF模型與SWAN模型介紹75-76
• 3.6.1 WRF大氣模式75
• 3.6.2 SWAN波浪模式75-76
• 3.7 模式計(jì)算區(qū)域及模式設(shè)置76-83
• 3.7.1 水動(dòng)力和泥沙模式設(shè)置76-77
• 3.7.2 WRF模式設(shè)置77-79
• 3.7.3 WRF模式的驗(yàn)證79-82
• 3.7.4 SWAN模式設(shè)置82
• 3.7.5 SWAN模式的驗(yàn)證82-83
• 3.8 小結(jié)83-84
• 第四章 動(dòng)水泥沙沉降速度和水動(dòng)力泥沙模式驗(yàn)證84-124
• 4.1 動(dòng)水泥沙沉速基本表達(dá)式的構(gòu)建84
• 4.2 長江河口懸沙粒徑空間分布對(duì)沉速的影響84-85
• 4.3 紊動(dòng)因子引入與影響函數(shù)的構(gòu)建85-89
• 4.3.1 紊動(dòng)影響因子的引入及機(jī)制分析85-86
• 4.3.2 紊動(dòng)影響函數(shù)的構(gòu)建86-89
• 4.4 紊動(dòng)影響函數(shù)的參數(shù)率定和數(shù)值模式驗(yàn)證89-122
• 4.4.1 動(dòng)水沉速公式的構(gòu)建89-90
• 4.4.2 綜合考慮多因子影響的動(dòng)水沉速計(jì)算流程90-91
• 4.4.3 紊動(dòng)影響函數(shù)的參數(shù)率定91-95
• 4.4.4 基于多批次資料的模式驗(yàn)證95-122
• 4.5 小結(jié)122-124
• 第五章 長江口泥沙沉降速度分布124-160
• 5.1 斷面選取與模式設(shè)置124
• 5.2 枯季長江口北槽泥沙沉速剖面分布124-141
• 5.2.1 大潮期間泥沙沉速剖面分布125-133
• 5.2.2 小潮期間泥沙沉速剖面分布133-141
• 5.3 洪季長江口北槽泥沙沉速剖面分布141-157
• 5.3.1 大潮期間泥沙沉速剖面分布141-149
• 5.3.2 小潮期間泥沙沉速剖面分布149-157
• 5.4 小結(jié)157-160
• 第六章 結(jié)論與展望160-164
• 6.1 主要工作及結(jié)論160-162
• 6.2 創(chuàng)新之處162-163
• 6.3 不足與展望163-164
• 參考文獻(xiàn)164-173
• 致謝173-174

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  本文關(guān)鍵詞：長江河口細(xì)顆粒泥沙沉降速度研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：306919