波、流共同作用下三維泥沙運動數(shù)值模型研究.pdf

1、淤泥質(zhì)海岸上建起的港口一般都存在嚴(yán)重的泥沙淤積問題。為了維持港池和航道的航行水深，港務(wù)管理部門不但每年要花費大量清淤費用，而且還要經(jīng)常進(jìn)行水深測量，以保證船舶航行和停泊的安全。建立一種具有較高精度的泥沙沖淤量分布預(yù)報數(shù)學(xué)模型，對于清淤計劃的制定，適度減少地形測量頻次，準(zhǔn)確把握港內(nèi)外泥沙運動規(guī)律，具有十分重要的意義。 本文結(jié)合天津港的實際情況，初步建立了一種適于天津港泥沙特點的泥沙運動預(yù)報數(shù)學(xué)模型。模型的主要特征有：(1)采用有限

2、體積法離散水流運動方程和懸沙輸運方程，使模型具有良好的守恒性；(2)采用模式分裂技術(shù)，內(nèi)、外模分別計算，以提高求解效率；(3)平面采用無結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格，以適應(yīng)不規(guī)則水陸邊界；垂向上采用σ坐標(biāo)系，以簡化表面和底部邊界條件；(4)水流運動方程求解中，水平單元交界面通量采用性能優(yōu)越的Osher格式計算，使其具有很好的逆風(fēng)性、單調(diào)性和高分辨率地捕捉間斷的能力；標(biāo)量方程求解中，垂向?qū)α黜棽捎肨VD(全變差縮減)格式離散，以提高格式的精度，并用隱格

3、式求解，以增強數(shù)值穩(wěn)定性；(5)紊動模型引入應(yīng)用廣泛、物理意義明確的κ-ε方程模型；(6)模型中加入干濕網(wǎng)格法動邊界處理技術(shù)，使模型適應(yīng)具有較緩坡度的潮灘海域。 本研究用實測潮位過程對水流模型進(jìn)行了率定。模擬了一個潮周期內(nèi)粘性泥沙在天津港港內(nèi)運動過程，給出了在典型潮的漲、落急時刻含沙量的平面分布一個潮周期的淤積量分布，進(jìn)而對港內(nèi)一個月的地形變化進(jìn)行了初步預(yù)報，計算結(jié)果與實測資料大致吻合，表明本文所建模型具有初步預(yù)報精度。在一個假