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《中国海洋大学》 2005年
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海岸、河口区波—流联合作用下三维悬沙数值模拟及其在黄河三角洲的应用

梁丙臣  
【摘要】:海岸、河口区与人类经济、生活等各个方面息息相关,对人类有着非常重要的作用。海岸、河口区是陆海交界地带,陆地海洋相互作用显著,因此存在着很多的问题,其中对工程界来讲非常重要的一个问题就是泥沙问题,泥沙所引起的岸滩演变、港口航道的淤积、水动力环境的改变等等。针对海岸工程中泥沙问题的普遍性、复杂性,本文作者基于水动力-生态耦合模式COHERENS发展了一套三维水动力-悬浮泥沙耦合模型COHERENS-SED,并且考虑到海岸、河口区波流相互作用比较显著,本文将水动力-悬浮泥沙耦合模式COHERENS-SED与物理上先进的第三代波浪模式SWAN联合,最终发展了波流联合作用下的三维水动力-悬浮泥沙耦合数学模型并将其成功的应用于黄河三角洲滨海区的潮流和悬浮泥沙输运规律的研究。由于研究区域黄河三角洲滨海区有着较高悬沙浓度的存在,本文引入了悬浮泥沙对湍流的衰减作用以及近底层湍流产生、耗散及浮力破坏的平衡假说,并根据该平衡假说推导出了单方程κ—ε湍流封闭模式近底层内的湍流能量平衡表达式。对于波浪对水流的影响,本文在水动力模型中引入波浪依赖的表面风应力的影响、波浪影响下的底部剪切应力以及波浪产生的辐射应力影响并针对这些影响进行了数值分析。根据底床沉积物特性沿垂直方向变化以及水平方向变化的特点,开发了能够处理分层、分区域底床处理模型,从而能够较好地反映现场底床沉积物实际分布情况。本文的主要工作及创新点体现在: 一、在水动力模块,本文对COHERENS作了如下发展与完善: ① 底床面处的波流相互作用引入了波浪传播方向与流方向之间夹角的影响,而原模式中则认为这两个物理过程的方向是一致的,这一点与实际有时存在
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