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新型海岸防护建筑物水动力特性与岸滩防护效果数值研究
| 论文题名： | 新型海岸防护建筑物水动力特性与岸滩防护效果数值研究 |
| 关键词： | 海岸防护建筑物;水动力特性;规则波;孤立波;透射系数 |
| 摘要： | 近年来海平面上升、人类活动等因素造成的海岸侵蚀时刻威胁人民生命财产安全。随着国家“蓝色海湾整治行动”的开展以及《全国海洋经济发展规划纲要》的颁布与实施，我国海洋经济已经迈入新的时期。但面对日益严峻的海岸侵蚀以及海洋经济发展的趋势，对海岸防护措施的研究就显得极为迫切与重要。海岸防护建筑物作为一种减少岸滩侵蚀、促进泥沙淤积的方式值得被深入研究。 本文借鉴传统防波堤和人工鱼礁的消浪特性、结合养滩、促淤、改善环境等思路，提出一种兼顾消浪与养滩、促淤、改善生态环境效果的新型海岸防护建筑物。研究首先基于N-S方程，采用有限差分法离散计算区域，结合VOF法捕捉自由液面，并采用GMRES方法求解压力与速度，建立了波浪与建筑物相互作用和岸滩形态演变的数值模型，其次采用多个算例对模型的有效性和可靠性进行验证，在此基础上探究新型建筑物水动力特性及其岸滩防护效果。 以规则波为入射波的建筑物周围水动力特性研究结果表明，所提出的新型海岸防护建筑物相比不透水和多孔结构建筑物最大降低了49％的反射系数;建筑物相对位置在1至1.5之间，其透射系数相对其他位置较小;孤立波作用下的建筑物周围水动力特性计算结果表明，孤立波传播过程中，堤后区域有明显的水跃现象，波浪最终以卷破波的形式破碎;随着波高以及建筑物放置距离增加，透射系数减少;随着水深增加，透射系数增加;而建筑物背浪面和迎浪面开孔较大时，其透射系数较大。 在此基础上开展岸滩防护效果研究，结果表明，在孤立波作用下，泥沙悬移质在堤后区域沉积，岸滩形态呈现为过渡型;随着孤立波作用次数增加，其沙坝高度和范围与冲刷坑深度与范围随之增加;有建筑物相比于无建筑物情况，最大沙坝高度与冲刷坑深度在不同波高情况下分别降低了29.5％和13.9％，在不同水深情况下，分别降低了9.6％和19.4％;波高在0.1m至0.215m时，建筑物减少30％～40％的岸滩侵蚀面积。 当建筑物采用前后开孔比为5∶1，相对位置在1至1.5之间其防护效果最佳，研究可为今后海岸防护工程提供技术参考。 |
| 作者： | 陶鹤 |
| 专业： | 港口、海岸及近海工程 |
| 导师： | 邓斌;韩朋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长沙理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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