近海堵坝对潮汐河口淤积影响的数值模拟及试验研究

论文摘要

随着社会和经济的发展,人们越来重视河口的开发利用。为了充分发挥河口的航运、防洪和养殖等综合效益,有时需要对天然河口进行改造,在河口区建水工建筑物,如挡潮闸、防洪闸、堵坝等,是人们改善河口的重要手段。通常情况下,近海区域的水工建筑物会影响河流入海径流,导致感潮河流的入海口的泥沙冲淤特性发生较大变化,影响河口的原有地形和生态环境。分析和预测近海水工建筑物对河口的形态及环境影响,对保护和充分利用河口具有重要的意义。本文对金清河口采取截弯取直的改造后,堵坝下游至近海区域的泥沙淤积特性进行了数值模拟和试验研究,分析了堵坝截断径流后,其下游原河道在潮汐作用下的泥沙淤积分布特性和淤积过程。主要研究内容包括如下：(1)根据水文泥沙资料,从平面二维水流泥沙的基本方程和基本理论出发,采用平面二维数学模型,对堵坝下游河口的潮流泥沙进行数值模拟,分析了原河口区域的潮流运动特征,得到泥沙淤积分布。(2)在模拟的潮流流场基础上,对堵坝下游的泥沙淤积过程及分布特征进行数值模拟,模拟结果表明,堵坝修建后三年淤积速度较快,而后淤积速度变慢,并且逐步达到新的平衡。(3)通过1：40的河口水工模型,对堵坝下游河道的淤积特性进行了反演测试,并将物理模型试验结果与数值模拟计算进行了对比,二者吻合良好。(4)利用水工模型对堵坝下游河道的放水冲淤措施进行了探讨和预测分析,对三种特定工况的冲淤方式进行了试验。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 论文背景及其意义
• 1.2 研究现状及进展
• 1.3 河道淤积的研究方法
• 1.3.1 河床演变分析
• 1.3.2 物理模型试验
• 1.3.3 数值模拟计算
• 1.3.4 数学模型与物理模型比较
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 潮汐河口泥沙研究的基本理论
• 2.1 水动力模型
• 2.2 潮汐河口输沙平衡方程
• 2.3 潮汐河口悬移质紊动扩散方程
• 2.4 潮汐河口推移质输沙方程
• 2.4.1 梅叶—彼德公式
• 2.4.2 拜格诺公式
• 2.4.3 亚林公式、恩格隆公式
• 2.4.4 阿克斯—怀特公式
• 2.4.5 爱因斯坦推移质运动理论
• 2.5 潮汐河口河床演变方程
• 第三章 堵坝下游河口基本现状介绍
• 3.1 自然条件概述
• 3.1.1 气候条件
• 3.1.2 径流
• 3.1.3 潮汐
• 3.1.4 泥砂特性
• 3.2 问题的提出
• 第四章 潮流泥沙数值模拟
• 4.1 数学模型的建立
• 4.1.1 连续性方程
• 4.1.2 水平方向动量方程
• 4.1.3 定解条件
• 4.1.4 离散方法
• 4.1.5 参数选取
• 4.2 模型验证
• 4.2.1 潮位验证
• 4.2.2 流速、流向验证
• 4.3 泥沙数值模拟
• 4.3.1 主要参数选取
• 4.3.2 数值计算结果
• 4.4 淤积规律分析
• 第五章 堵坝下游河道泥沙冲淤试验探讨
• 5.1 物理模型的建立
• 5.1.1 模型设计
• 5.1.2 模型制作
• 5.1.3 模型沙的选取
• 5.2 堵坝开孔放水冲淤测试
• 5.3 冲淤分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 作者简历