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多组分细颗粒泥沙输送的二维数值模型

张宗亮  
【摘要】: 我国许多海岸主要由细颗粒泥沙组成,相当多的细颗粒泥沙往往由粉沙和粘性细颗粒泥沙混合组成,而粉沙和粘性泥沙的运动特性有着较大的差别,合理地模拟这种混合细颗粒泥沙的输送对于港口航道淤积和海岸演变研究具有重要意义。为此,本文建立了风浪流共同作用下多组分细颗粒泥沙运动的数学模型,用于模拟由粉沙与粘性细颗粒泥沙组成的混合泥沙的运动,以期为航道淤积等工程问题提供依据。 本文首先引入计算潮流的ADCIRC模型和计算波浪场的SWAN模型。为了较准确地计算波、流运动以及考虑波浪和潮流之间的相互作用,采用三层嵌套模式并在中、小模型进行波流场迭代。上述耦合模型合理考虑了风、浪、流及其相互作用,可以获得较准确的波、流场,模型结果得到了实测数据验证。 在求解波流动力的基础上,基于细颗粒泥沙冲淤原理和对流扩散方程,采用有限元法建立了风、浪、流共同作用下二维多组分泥沙数学模型,并利用现场测量数据对模型进行了参数调试和验证。最后,将所建立的模型应用于黄骅港航道回淤模拟,分别以整治工程前后发生的大风为例计算了大风期间泥沙的运动和航道淤积,结果表明,建立的模型能较好地反映客观现象,进一步改进后可以用于指导工程实践。


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