Liverpool灣水沙輸運(yùn)及長期地形演變數(shù)值模擬.pdf

1、人類對河口海岸的改造活動(dòng)會(huì)對當(dāng)?shù)氐乃畡?dòng)力條件、泥沙輸運(yùn)及岸線演變造成一定的影響，而水動(dòng)力、泥沙輸運(yùn)及地形的變化又反過來對海岸工程產(chǎn)生影響。自然條件變化和人類活動(dòng)會(huì)引起海平面上升，近岸水動(dòng)力條件隨之改變，導(dǎo)致風(fēng)暴潮加劇、岸線侵蝕和潮灘范圍縮小等問題，進(jìn)而對沿海區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)、自然環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)等產(chǎn)生重大影響。因此，研究自然條件變化對當(dāng)?shù)厮畡?dòng)力條件產(chǎn)生的影響及由此引起的泥沙輸運(yùn)改變和長期地形演變，對保護(hù)河口海岸環(huán)境、更好地發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)具有重要

2、意義。
　　本文改進(jìn)了二維TELEMAC開源模型，據(jù)以對英國西北海岸Liverpool灣的水動(dòng)力、泥沙輸運(yùn)以及長期地形演變進(jìn)行一系列的數(shù)值模擬和研究。主要包括:潮汐和波浪之間的相互影響;潮汐作用下的水沙輸運(yùn);潮汐和波浪共同作用下的水沙輸運(yùn);海平面上升對水沙輸運(yùn)的影響;以及潮汐、波浪及海平面上升共同作用下，Liverpool灣的長期地形演變。
　　建立了一個(gè)改進(jìn)后的數(shù)學(xué)模型用于計(jì)算潮汐單獨(dú)作用下的泥沙輸運(yùn)。通過對TELEMAC

3、-2D潮流模塊邊界源程序與SISYPHE模塊的泥沙粒徑源程序的分別改進(jìn)，可在邊界輸入由多個(gè)分潮決定的時(shí)變自由水面與在所有網(wǎng)格上自定義泥沙粒徑。數(shù)值模擬表明，潮汐非對稱性是導(dǎo)致Liverpool灣泥沙向陸凈輸運(yùn)的重要因素。
　　通過對TELEMAC-2D潮流模塊、TOMAWAC波浪模塊與SISYPHE泥沙輸運(yùn)模塊的重組，建立了一個(gè)既能考慮潮汐與波浪之間的相互影響，又能考慮到波浪的掀沙作用和直接輸沙作用的泥沙輸運(yùn)模型。分析表明，Liv

4、erpool灣內(nèi)潮汐對波浪的作用主要體現(xiàn)在，潮位和流向變化影響波浪的傳播過程與變形破碎，波-流同向?qū)⒚黠@削弱波浪變形和破碎效應(yīng)，而波-流逆向?qū)⑹共ɡ俗冃魏推扑樾?yīng)略有增強(qiáng)。近岸波浪的部分能量通過輻射應(yīng)力轉(zhuǎn)化形成波生沿岸流，進(jìn)而改變近岸流場。而波浪輸沙作用則主要集中在波浪變形破碎的淺水地帶，“波浪掀沙、潮流輸沙”是潮流與波浪共同作用下近岸泥沙輸運(yùn)的主要機(jī)制，并因波浪掀沙作用而具有顯著的非線性效應(yīng)。
　　建立了一個(gè)考慮海平面上升的泥沙

5、輸運(yùn)模型，模擬研究了相對海平面上升對河口海岸水動(dòng)力和泥沙輸運(yùn)帶來的影響。結(jié)果表明，在海平面上升50cm的條件下，潮差和流速的改變并不大，但波浪變形-破碎帶會(huì)明顯向陸偏移，從而導(dǎo)致Liverpool灣內(nèi)泥沙更容易向岸和Mersey等河口凈輸運(yùn)。
　　建立了一個(gè)同時(shí)考慮潮汐、波浪和海平面上升等因素作用下的海床長期演變模型。模型采用“輸入精簡法”將長期水動(dòng)力過程歸類精簡為若干個(gè)對長期地形演變起主要作用的“代表潮汐”和“代表波浪”;同時(shí)在