黄骅港海域泥沙运动的三维数学模拟

论文摘要

黄骅港海岸属于粉沙淤泥质海岸,黄骅港自建港以来外航道屡次出现强淤和骤淤,研究黄骅港海域泥沙运动对于港口发展具有重要意义。为此,本文建立了综合考虑风、浪、流作用的三维水动力泥沙数学模型,并将其应用于黄骅港实际工程问题的研究,包括对黄骅港的滩面泥沙粗化问题和航道淤积问题进行分析。本文的具体工作和结论如下:首先,本文建立了SWAN风浪模型和EFDC水动力泥沙模型,将潮流、波浪、泥沙三者耦合,构成了考虑风、浪、流共同作用的三维多组分泥沙运动模型,并采用多重嵌套模型模拟黄骅港海域水动力、泥沙运动,模型得到黄骅港海域实测数据的验证。其次,将所建立的模型应用于黄骅港海区滩面泥沙粗化现象的模拟。计算结果表明,在6级和8级大风作用下,近岸处海滩床面均发生粗化现象,并且体现出了宏观上自南向北、自东向西滩面粒度由粗渐细的规律。而且风级较大时,底床颗粒的粗化更明显一些。最后,利用将所建立的模型对黄骅港在外航道整治工程前后航道淤积状况和回淤物的组成进行分析。结果表明,整治工程以后航道淤积量减小很多,且淤积物中细颗粒泥沙含量增大,整治效果明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 黄骅港海域泥沙运动
• 1.2.2 河口海岸三维泥沙数学模型的研究进展
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 三维水动力泥沙模型
• 2.1 EFDC模型简介
• 2.2 EFDC模型的水动力模拟
• 2.2.1 垂向坐标变换
• 2.2.2 基本控制方程
• 2.2.3 紊流模型
• 2.2.4 边界条件
• 2.3 SWAN波浪场的数学模拟
• 2.3.1 动谱平衡能量方程
• 2.3.2 SWAN 模型数值算法
• 2.3.3 SWAN 模型源项的处理
• 2.3.4 SWAN 模型边界条件的处理
• 2.4 EFDC三维泥沙数学模型
• 2.4.1 三维悬沙输运方程
• 2.4.2 悬沙输运方程中源汇项的确定
• 2.4.3 波流共同作用下底部切应力
• 2.4.4 扩散系数的确定
• 2.4.5 沉降速度的确定
• 2.4.6 底床计算
• 2.5 三维水动力泥沙计算流程
• 2.6 本章小结
• 第三章 黄骅港海域三维水动力泥沙数值模拟及其验证
• 3.1 黄骅港海域潮流场模拟
• 3.1.1 模型计算域及网格
• 3.1.2 潮位验证
• 3.1.3 流速验证
• 3.2 波浪场的模拟
• 3.3 泥沙运动数值模拟
• 3.3.1 泥沙分组确定
• 3.3.2 模型相关参数的确定
• 3.3.3 底部切应力分布计算结果
• 3.3.4 含沙量验证
• 3.3.5 航道淤积
• 3.4 本章小结
• 第四章 黄骅港海域滩面粗化模拟
• 4.1 问题的提出
• 4.2 模型的建立
• 4.2.1 网格剖分
• 4.2.2 风级的选取
• 4.2.3 泥沙分组
• 4.3 模拟结果分析
• 4.3.1 波高比较
• 4.3.2 六级风作用下中值粒径的变化
• 4.3.3 不同风况的比较
• 4.3.4 粗化原因分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 黄骅港航道回淤模拟
• 5.1 问题的提出
• 5.2 模型的建立
• 5.2.1 网格剖分
• 5.2.2 风况
• 5.3 结果比较分析
• 5.3.1 波浪场模拟结果
• 5.3.2 航道淤积厚度验证
• 5.3.3 含沙量平面和垂向分布
• 5.3.4 淤积物组成分析
• 5.3.5 航道淤积物变化原因分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢