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河口、海岸波浪、潮流、泥沙数值模拟

孔令双  
【摘要】:本文对河口、海岸区波浪,潮流相互作用下的潮流场、波浪场及其联合作用下的泥沙输移、岸滩演变及冲淤厚度进行了模拟计算。编制了过程模拟计算程序,在胶州湾海域和孤东油田堤外海区对该模型进行了调试与验证,获得较为满意的效果。针对粉沙质海岸泥沙活动非常活跃的特性,利用边界层理论,导出了波、流共存时的床面剪切力,并建立了波、流共同作用下的泥沙起动、水体挟沙力和推移质输沙率公式。进行了随机数学模型的研究,考虑了模型的输入条件的随机性,从而对模型计算后的输出结果进行了不确定性和敏感性分析。并获得了置信区间公式。 本文主要做了以下几个方面的工作: ·根据潮流和波浪运动尺度不同的特点,引入奇异摄动理论中的多重尺度法,将Navier-Stokes方程及质量传输方程展开,得到波浪作用下的浅水环流方程,潮流作用下的浅水波方程及波流联合作用下的悬沙方程。 ·建立了波浪作用下的二维潮流数学模型,采用ADI法对其离散求解,对其边界的处理进行了详细说明。 ·运用小参数方法及变分原理,推导了考虑流影响的缓坡方程,在此基础上给出了一个可对大范围波浪场进行数值模拟的联合折绕射线性单频波模型。 ·建立了波、流共同作用下的泥沙数学模型,利用边界层理论,导出了波、流共同作用下的床面剪切力、泥沙起动、水体挟沙力和推移质输沙率公式。 ·开发了一个以总控模块为核心,以程序库、知识库、数据库、专家系统和方法库为基础的海洋动力-地貌演变系统,该系统实现了过程模拟自动化。 ·进行了随机-数学模型的研究,并将该模型应用于胶州湾潮流场计算中,得到了流速和水位的长期变化数值及其置信区间。


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