论文题目: 基于ADCP的长江口水沙运动分析及三维水流数学模型
论文类型: 博士论文
论文专业: 港口,海岸及近海工程
作者: 于东生
导师: 严以新
关键词: 长江口,混合过程,河口环流,悬沙输移,数学模型,相关性
文献来源: 河海大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文旨在根据ADCP水流实测资料及悬沙含量实测资料，并结合三维水流数学模型，对长江口水流泥沙运动规律进行研究。 针对河口水流运动特性，采用ADCP实测水流资料对长江口水流运动规律进行研究分析。首先介绍了ADCP水流测量的原理及方法，并探讨ADCP的误差控制；研究了ADCP水流实测数据的处理方法，本文所用水流资料为ADCP的文本数据文件；根据ADCP实测水流资料，利用水文学、泥沙运动力学、河流动力学、数理统计相结合的方法，对长江口水流运动规律进行研究；基于河口水流运动特点，研究长江口水流环流形成的机理，并研究主要的影响因素；科氏力、径潮流相互作用及盐水入侵导致的密度梯度是形成环流的主要原因。 根据ADCP实测流量数据，采用三种不同的处理方法，对长江口横断面流量分布规律进行了分析，单宽流量分布与河道断面形态较为一致，同时也发现地形变化对流量分布有很大影响。单宽流量在一定程度上能反映水流与河床边界的相互作用、相互适应的辨证关系，反映断面上单宽水体所具有的动量大小，可表征水流运动强度的动量，更能直接地反映水流对河床的动力作用。 采用ADCP实测水流资料与悬沙含量实测资料相结合的方法，对长江口悬沙运动进行分析。悬沙运动模式与水流基本一致，也存在三种悬沙输移环流模式。在径潮流作用相对均衡的河口段，存在表层向海、底层向陆的垂向悬沙环流，北侧进沙、南侧出沙的平面悬沙环流以及表层向南、底层向北的横向悬沙环流。分析了潮流量与输沙率之间的关系。 以水流运动的基本假定为基础，分析Navier-Stokes方程，Reynolds方程及紊流模型，利用牛顿流体的应力与应变的本构关系，推导挟沙水流时均运动方程；从曲线网格生成技术入手，探讨控制函数的构造形式，应用Poisson方程变换建立正交曲线坐标系下的二维和三维水流数学模型；根据所建立的三维水流数学模型，对长江口水流进行模拟计算。 除了采用常用的水位、定点流速及垂线流速验证外，采用ADCP实测资料进行验证，包括断面流速、流量等。利用统计模型、方差分析模型与回归分析模型，对计算值与实测值进行相关性检查，探讨两者之间线性关系的密切程度，并分析ADCP水流测量的精度。结果表明，ADCP实测资料与模拟计算值有较好的一致性。
论文目录:
前言
摘要
Abstract
第一章 概述
1．1 研究意义
1．2 国内外河口水流泥沙研究现状
1．2．1 国外研究现状
1．2．2 国内研究现状
1．3 长江口水流泥沙研究进展
1．3．1 长江口概况
1．3．2 长江口水流泥沙研究进展
1．3．3 ADCP在长江口的应用
1．4 长江口水流泥沙研究之不足
1．5 本文主要研究内容
第二章 河口水动力机理
2．1 河口分类
2．1．1 国外河口分类研究进展
2．1．2 国内河口分类研究进展
2．2 河口混合
2．2．1 卷吸过程
2．2．2 紊动过程
2．3 河口环流
2．3．1 垂向环流
2．3．2 平面环流
2．3．3 横向环流
2．4 河口环流形成机理分析
2．4．1 科氏力的作用
2．4．2 地理条件的影响
2．4．3 径流与潮流相互作用的影响
2．4．4 盐水入侵
2．5 本章小结
第三章 ADCP测流原理与方法
3．1 概述
3．2 ADCP流速测量
3．3 ADCP水深测量
3．4 ADCP流量计算
3．4．1 ADCP流量测量盲区
3．4．2 ADCP流量计算
3．4．3 垂线平均流速计算
3．4．4 中间层流量的确定
3．4．5 近岸流量的确定
3．4．6 表层流量的确定
3．4．7 底层流量的确定
3．5 ADCP误差分析
3．5．1 ADCP误差组成
3．5．2 ADCP误差分析
3．5．3 ADCP误差控制
3．6 ADCP测验成果输出格式
3．6．1 流速彩色图
3．6．2 测船航迹图
3．6．3 ASCII文本文件
3．7 本章小结
第四章 基于ADCP的长江口水流运动特性分析
4．1 长江口横断面水流运动特性分析
4．1．1 ADCP数据的处理
4．1．2 横断面水流运动
4．1．3 垂线上流速的变化过程
4．1．4 水平线上流速的变化过程
4．2 长江口三维水流运动特性
4．2．1 资料与方法
4．2．2 垂向环流
4．2．3 横向环流
4．3 长江口水流运动的动力分析
4．3．1 科氏力的作用
4．3．2 地理条件的影响
4．3．3 径流与水流相互作用的影响
4．3．4 盐水入侵
4．4 横断面流量分布研究
4．5 本章小结
第五章 长江口泥沙输移分析
5．1 泥沙的起动流速
5．1．1 无粘性均匀沙的起动流速
5．1．2 粘性泥沙的起动流速
5．2 长江口泥沙的起动
5．3 长江口泥沙的输移
5．3．1 流速与悬沙含量的关系
5．3．2 临底悬沙含量的变化过程
5．3．3 流速、含沙量的时空变化过程
5．3．4 悬沙环流
5．4 长江口横断面水沙通量
5．5 结果讨论
5．6 本章小结
第六章 长江口三维水流数值模拟
6．1 三维水流运动基本方程
6．1．1 Navier-Stokes方程
6．1．2 Reynolds方程
6．1．3 紊流模型
6．2 长江口网格生成
6．2．1 网格生成技术概述
6．2．2 生成拟合坐标的Poisson方程法
6．2．3 长江口正交曲线网格生成
6．3 正交曲线坐标系下三维水流数学模型
6．4 控制方程的离散求解
6．4．1 方程的离散
6．4．2 自由表面的处理
6．4．3 压力-速度耦合关系的处理
6．5 长江口三维水流数值模拟
6．5．1 计算区域及地形资料
6．5．2 模型参数
6．5．3 定解条件
6．5．4 数学模型验证
6．6 流速相关性分析
6．6．1 相关系数
6．6．2 相关性检验
6．6．3 回归直线的精密度
6．7 本章小结
第七章 结论与展望
7．1 工作总结
7．2 工作展望
参考文献
作者攻博期间发表的论文及参加的科研项目
致谢
发布时间: 2005-04-25
参考文献
- [1].长江口局域时空流场构建及实时流量精确估计[D]. 陈志高.武汉大学2015
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