本文關(guān)鍵詞：非線性波浪作用下岸灘演變模擬方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近海岸灘演變研究在海岸保護(hù)和海岸工程建設(shè)中受關(guān)注的問題。波浪是岸灘剖面演變的重要動力因子,其在近岸淺水區(qū)的強(qiáng)烈非線性對泥沙輸移及岸灘演變具有非常顯著的影響。高效準(zhǔn)確地模擬近岸水波的特征要素和非線性特征,進(jìn)而建立更為準(zhǔn)確的岸灘剖面演變模型,也是近年來海岸泥沙研究的熱點問題之一。本研究基于相平均的波浪模型,利用波高、水深、周期等波浪特征參數(shù)重構(gòu)波周期內(nèi)的時間過程,進(jìn)而將重構(gòu)得到的流速過程用于非恒定泥沙運(yùn)動計算,最終形成岸灘演變模型。構(gòu)建的岸灘演變模型保持了基于相平均波浪模型計算的高效性,同時也較好地重現(xiàn)了波浪周期內(nèi)非恒定流動過程對泥沙運(yùn)動的影響,充分考慮了近岸波浪非線性對岸灘演變的作用,具有與相位分解模型同樣的模擬能力。模型分為三個模塊:近岸波高計算模塊、近底面流速過程重構(gòu)模塊、泥沙運(yùn)動和底床演變模塊。近岸波高的計算基于波能守恒方程,并針對傳統(tǒng)模型中關(guān)于強(qiáng)非線性波模擬存在的問題提出了修正。傳統(tǒng)波能守恒方程在波浪具有強(qiáng)非線性時得到的波高存在較大的誤差。特別是在模擬分析規(guī)則波時,研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)波能守恒波浪模型對波高的估計明顯偏小。本文提出了對波浪模型進(jìn)行非線性修正的辦法,有效地提高了規(guī)則波的模擬精度。近底面波浪流速過程重構(gòu)借鑒前人研究成果,根據(jù)所得波高水深等條件給出近底面流速過程,該方法很好的重現(xiàn)近岸波浪非線性引起的近底流速不對稱和歪斜。泥沙運(yùn)動和岸灘演變模塊,選用了一個能很好反映波浪非線性影響的輸沙率計算方法,并考慮了底坡對底床變形的影響。本研究構(gòu)建的模型首先應(yīng)用于規(guī)則波作用下的岸灘演變模擬,分別對模型各個模塊進(jìn)行了驗證。通過與實驗數(shù)據(jù)的對比,分析了波高計算中三種不同的非線性修正方法,結(jié)果表明三種模型均能夠提高波高的模擬精度;對比了三種不同的規(guī)則波破波模型,證明計算所采用的破碎模型具有較廣泛的適用性。通過與VOF方法得到的高精度數(shù)值計算結(jié)果對比,檢驗了近底面流速重構(gòu)方法的有效性。進(jìn)一步將模型應(yīng)用于大型波浪水槽中岸灘演變實驗的模擬,驗證了模型的可靠性。本研究通過修改模型中的破碎子模型,將其進(jìn)一步推廣至不規(guī)則波的情況。利用修改后的模型模擬了不規(guī)則波在斜坡地形上的傳播過程及不規(guī)則波作用下斜坡演變過程。模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合良好。將模型與目前在近海岸灘演變中應(yīng)用較廣泛的Xbeach模型進(jìn)行對比,可以看到短波作用下的岸灘演變過程,本文提出的模型能夠更好地反映水下沙壩的形成。
【關(guān)鍵詞】：波浪 非線性 波能守恒模型 泥沙輸移 岸灘演變
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TV148
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 研究背景和意義8
• 1.2 近岸地形演變數(shù)值模型研究現(xiàn)狀8-13
• 1.2.1 近岸泥沙運(yùn)動特征8-10
• 1.2.2 近岸地形演變數(shù)值模型研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.3 水動力數(shù)值模型研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.4 泥沙輸移數(shù)值模型研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點13-16
• 1.3.1 論文主要研究內(nèi)容13-15
• 1.3.2 論文主要創(chuàng)新點15-16
• 第2章 波浪模擬16-37
• 2.1 波能守恒模型16-23
• 2.1.1 波能守恒模型介紹16-17
• 2.1.2 傳統(tǒng)波能守恒模型的驗證17-20
• 2.1.3 波能守恒模型的誤差分析20-23
• 2.2 波高非線性修正23-31
• 2.2.1 波高非線性修正方法23-24
• 2.2.2 波浪非線性修正驗證24-27
• 2.2.3 破碎模型對比27-31
• 2.3 波浪周期內(nèi)時間過程重構(gòu)方法31-36
• 2.3.1 非線性波浪描述方法31-33
• 2.3.2 波浪要素與周期內(nèi)過程參數(shù)的聯(lián)系33-34
• 2.3.3 重構(gòu)方法驗證34-36
• 2.4 本章小結(jié)36-37
• 第3章 泥沙運(yùn)動及岸灘演變模擬方法37-48
• 3.1 泥沙模塊構(gòu)建37-42
• 3.1.1 泥沙模型及海床演變模型37-40
• 3.1.2 模型參數(shù)確定40-42
• 3.2 規(guī)則波泥沙模塊驗證42-47
• 3.3 本章小結(jié)47-48
• 第4章 模型在不規(guī)則波情況下的應(yīng)用48-59
• 4.1 不規(guī)則波模型48
• 4.2 不規(guī)則波模型驗證48-56
• 4.2.1 不規(guī)則波水動力模塊驗證48-54
• 4.2.2 不規(guī)則波泥沙模塊驗證54-56
• 4.3 與XBeach模型對比56-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 第5章 結(jié)論59-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 致謝65-67
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果67

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