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原文传递港池、航道对近岸水动力和泥沙特性影响的数值模拟分析

论文题名：	港池、航道对近岸水动力和泥沙特性影响的数值模拟分析
关键词：	港口建设;航道水流;潮流;近岸水动力;泥沙淤积;数值模拟
摘要：	本文阐述了在港口建设工程中，对工程建设所在水域的潮动力特性、水流流态及工程区域泥沙运动特性研究的重要意义；结合实际回顾了二维潮流数学模型和三维潮流数学模型的研究进展，并从基本方程离散方法的角度对潮流数值模拟的发展现状做了简要的概述；从泥沙的基础理论延伸到新兴的泥沙模型和水动力模型结合的水质模型，总结了泥沙理论研究的发展历程。　　本文采用深度平均的平面二维浅水环流模型。根据模拟区域海岸线曲折多变及工程方案的布局特点，综合考虑计算时长、计算精度和工作量，采用任意三角形网格，根据N.N.Yanenko分步方法的技巧，前半分步采用特征线法，后半分步采用集中质量的有限元法，对动量方程进行离散，再运用FORTRAN语言编制程序将离散方程转换成程序语言进行求解。　　本文结合某工程实际对该海域工程实施前利用潮流数学模型进行数值计算，将计算结果与现场实测资料进行对比验证，模型计算的潮位过程和潮流流速、流向结果与现场实测值吻合较好，潮汐、潮流的基本特点与实测资料基本一致，证明该数学模型作为后续工作的计算是可行的。以此为基础，对港池航道工程实施后的潮流场应用验证后的模型进行模拟计算，并根据工程前后潮流流场的对比结果分析了工程后潮流场流速与流向的变化特性；根据实测的地形、地貌及工程区域的气象水文资料，分析了当地的泥沙来源，选取符合相关规范要求的泥沙淤积理论公式，分别计算了港池航道的淤积量。　　通过上述工作得出：　　 (1)数学模型计算的潮流过程、流速流向与实测值吻合较好，验证结果满足有关规范要求，验证了该模型对于模拟海岸河口地区的潮流运动过程和研究开阔水域水动力特性的可行性。　　 (2)工程实施后，在落潮后期和涨潮初期，港池口门附近有较大范围的回流存在。　　 (3)工程实施后引起的水流变化是局部的。工程区以外潮流运动基本不变，工程区附近流场变化较大。港池防波堤外侧，涨、落潮流向由原来的沿岸线的东南-西北走向的往复运动变为沿双环抱式防波堤方向旋转流动。北侧防波堤外海的流速在陆域连接段附近小于工程前流速，沿防波堤走向到口门附近流速有逐渐增大趋势，港池口门的范围内为流速减小区域，港池内部为流速减小区域，口门附近航道内流速减小，700m以外航道平均流速没有变化。港池外近岸水域的流向也有不同程度的改变，涨潮时偏向岸边，落潮时偏向外海。　　 (4)工程实施后，港池和航道都会有一定程度的淤积，但港区水深大、含沙量低的自然条件，淤积幅度不大。在正常含沙量情况下，年淤积厚度约3cm/a。　　 (5)港池内、口门附近的流速明显下降，流速过程平缓，流速值最小为0，最大值不超过0.1m/s，最大减幅值为0.44m/s左右；而距口门约700m以外，航道流速、流向变化不显著，减小值小于0.07m/s～0.03m/s，继续向外，流速、流向趋于不变，符合船只的正常作业要求。　　 (6)通过潮流数值模拟的计算和泥沙淤积的理论分析证明，该港口方案布置较合理，淤积量较小，基本属不淤港，港池水深可通过疏浚维护。
作者：	范丽娟
专业：	水力学及河流动力学
导师：	郝瑞霞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	太原理工大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文