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原文传递杭州湾深槽水流结构数值模拟

论文题名：	杭州湾深槽水流结构数值模拟
关键词：	桥梁工程;深槽构造;水流结构;数值模拟;计算精度
摘要：	杭州湾北岸无论是海运、河运还是公路交通条件都相当优越，尤其是北岸深槽的存在，适宜建港的岸线长。掌握北岸深槽航运条件及其冲淤情况对于当前乃至今后杭州湾北岸地区经济发展至关重要。而深槽航运条件及冲淤情况取决于深槽水动力条件及泥沙输移。因此，采用三维水流数学模型研究杭州湾北岸深槽水流结构具有十分重要的意义。　　在分析杭州湾深槽研究现状基础上，建立了杭州湾二维水流和深槽三维水流的嵌套数学模型，分别采用非结构化平面三角形网格和三维分层动网格的方法剖分水域，用有限体积法对控制微分方程进行离散求解;经实测流速和潮位资料对杭州湾二维水流模型进行验证，模型参数选取合理，可保证计算精度。　　基于杭州湾二维水流数值模拟提取深槽三维水流模型所需边界条件，计算了深槽水域的三维流场，与分层二维实测点数据进行比较，结果符合较好。进而对深槽三维水流特性作了分析，结果表明:在平面上，在乍浦深槽处表层最大流速达到2.94m/s，涨落潮最大垂线平均流速分别为1.83m/s和1.34m/s，涨急时临底层流速约为表层流速的50％，垂线上流向基本一致;纵剖面上，深槽底床凸起处的流速比相邻的平坦处小0.16m/s左右。在深槽的深潭区域，两侧流速小，深潭流速大，随着地势起伏变化，流速流向有明显变化，紊流强度较大，极易形成涡体。　　对杭州湾大桥工程后深槽水流结构进行模拟分析，分析了工程前后水流结构的变化情况，结果表明:平面上，桥墩附近流速流向变化较大，墩前流速减小，墩侧流速增大，墩后流速减小，在桥墩周围形成绕流，墩前和墩后以横向流速为主，纵向流速几乎为零;桥墩对水流流速的主要影响在墩前约70m，墩后约200m以内的范围。横断面上，乍浦断面流速梯度较工程前减小，减弱了紊流强度，造成底床冲刷动力不足。在桥墩附近，由于墩侧流速增大，墩前和墩后流速减小，形成马蹄形漩涡，导致墩侧局部冲刷。纵剖面上，桥墩阻水造成上游水面抬高，墩后水面降低，下游自桥墩至乍浦深槽，工程后较工程前抬高2～7cm，距桥墩附2Km处流速减小0.3m/s左右，距桥墩约8Km处的乍浦深槽流速减小0.1 m/s～0.15m/s;桥墩上游游水面下降2～5cm，桥墩背后纵向流速几乎为零，横向流速约0.4m/s，由两侧流向桥墩纵向轴线，距桥墩2Km处流速减小0.1m/s左右，由此可见桥墩对下游流速的影响比对上游的影响大。整体上杭州湾大桥对深槽水流具有减缓影响。　　上述研究对杭州湾北岸建港后的深水航道维护具有参考价值。
作者：	吴彦坤
专业：	港口、海岸及近海工程
导师：	孙志林;黄赛花
授予学位：	硕士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文