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波流共同作用下悬沙浓度垂向分布的研究

王建峰  
【摘要】:岸滩的演变、港口航道、港池的淤积变化和建筑物周围的冲淤变化等都与海岸泥沙运动有很大关系,而泥沙运动又取决于该区域的波浪和潮流等动力因素。在悬沙浓度垂向分布的研究中往往只注重悬沙浓度的时均值,忽略悬沙浓度的周期变化。然而在实验研究和实测资料中发现悬沙浓度的周期分量的幅值有时达到时均值的大小,这表明在研究悬沙浓度的垂向分布中考虑悬沙浓度的周期分量不仅能更加合理描述悬沙浓度的垂向分布,而且对准确的描述泥沙运动具有重要的理论意义和实际意义。 本文首先以Wikramayake波流模型为基础,采用时不变的紊动粘滞系数对波流共同作用下的边界层进行研究。通过Bessel函数和波流共同作用下的摩阻流速解耦给出了时均流速和流速周期分量的垂向分布以及底部剪切力的表达式,从而为悬沙浓度垂向分布的研究提供水动力参数。其次在悬沙浓度垂向分布的研究中采用奇异摄动理论中的多重尺度法分离波流共同作用下悬沙运动的对流扩散方程,根据悬沙浓度垂向分布时均值和周期分量各自的特点分别处理,不仅对波浪、潮流共同作用下悬沙浓度垂向分布的时均值进行了研究,而且对悬沙浓度的周期分量进行了分析、讨论。最后,采用实测数据对本文建立的模型进行了验证,模型计算结果与实测值吻合较好。本文建立模型的特点是:1、不仅考虑了悬沙浓度时均值的垂向分布,而且考虑了悬沙浓度周期分量的垂向分布;2、在悬沙浓度周期分量的研究中,初步考虑了对流项的影响,使悬沙浓度的垂向分布更加合理,从而为建立合理的泥沙输移工程应用模型奠定基础。


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