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海岸带柔性植被对极端风暴潮动力衰减规律研究
| 论文题名： | 海岸带柔性植被对极端风暴潮动力衰减规律研究 |
| 关键词： | 护岸工程;海岸带柔性植被;极端风暴潮;动力衰减规律 |
| 摘要： | 当前我国所面临的风暴潮和台风浪等自然灾害形势依然复杂严峻，沿海防灾减灾能力仍需得到进一步切实提高。在此背景下开展生态植被护岸工程的相关研究工作，对于提升防灾减灾能力、提高生态承载能力以及筑牢生态安全屏障都具有十分重要的意义。为切实保障生态植被护岸的实施效果，有必要深入研究生态植被受力运动特性以及消能原理。与此同时，准确掌握高重现期风暴极端水位这一最基本工程设计与安全参数，也可为研究风暴期间完全淹没状态下的植被减灾功能提供技术支撑。因此针对海岸带柔性植被所引起的极端风暴潮动力衰减规律的研究具有重要的理论和现实意义。 本文从风暴潮水位以及波浪这两个主要河口海岸动力因素出发，针对海岸带柔性植被衰减波浪及波浪增水的关键问题进行探索和研究。论文首先对径流影响显著的河口地区极端水位进行准确预测研究，其次建立波浪与柔性植被相互作用的耦合模型，进而分析柔性植被对波浪以及波浪增水的衰减规律。论文采用理论分析、数值模拟以及物理模型实验等方法，研究了海岸带柔性植被对极端风暴潮动力衰减规律的相关技术问题，研究的主要内容和结论有： （1）针对极端潮位受径流影响显著的河口地区，引入上游径流量作为概率分析参数，研究并建立了长江口风暴潮各驱动要素的概率模型。同时建立了多因素驱动下长江口二维双向耦合大小嵌套水动力数值模型。提出了河口地区基于改进JPM-OS-Q模型的极端风暴潮计算方法，并验证了所提方法在长江口代表站点预测结果的合理性与准确性。最后基于改进JPM-OS-Q模型研究并揭示了海平面上升对极端风暴潮具有显著非线性影响的规律。 （2）提出了模拟柔性植物的力学模式，构建了近岸浅水区波浪作用下柔性植被受力运动数学模型。进而提出了XBeach相位解析与相位平均波浪模型中柔性植被消浪作用的计算方法，并对XBeach两类波浪模型进行了改进和二次开发应用。同时开展了柔性植被消浪的物理模型实验研究，基于实验结果以及文献实验数据验证了所建模型的可靠性。物理模型实验与数值模拟研究均表明柔性植被可显著衰减波高以及波浪增水，柔性植被对于极端风暴潮动力衰减的作用不容忽视。 （3）揭示了波浪作用下单根柔性植被受力和运动特性，指出相对淹没度、波高、波周期、拖曳力系数和植被弹性模量对柔性植被受力运动具有显著影响，并分析讨论了各单一因素的影响机理。研究了波浪要素和柔性植被特性对波浪衰减的影响规律，揭示了单根柔性植被受力大小对于植被消浪的重要性，并在此基础上进一步分析了植被分布密度、植被区域长度和植被弹性模量的影响。 |
| 作者： | 殷锴 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 徐宿东 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2019 |
| 正文语种： | 中文 |
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