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

1、人類對(duì)河口海岸的改造活動(dòng)會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐乃畡?dòng)力條件、泥沙輸運(yùn)及岸線演變?cè)斐梢欢ǖ挠绊懀畡?dòng)力、泥沙輸運(yùn)及地形的變化又反過(guò)來(lái)對(duì)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(wèn)題，進(jìn)而對(duì)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(duì)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(zhǎng)期地形演變，對(duì)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(duì)英國(guó)西北海岸Liverpool灣的水動(dòng)力、泥沙輸運(yùn)以及長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)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(guò)對(duì)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(duì)稱性是導(dǎo)致Liverpool灣泥沙向陸凈輸運(yùn)的重要因素。
　　通過(guò)對(duì)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(duì)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(guò)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(guò)輻射應(yīng)力轉(zhuǎn)化形成波生沿岸流，進(jìn)而改變近岸流場(chǎng)。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(duì)海平面上升對(duì)河口海岸水動(dòng)力和泥沙輸運(yùn)帶來(lái)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(zhǎng)期演變模型。模型采用“輸入精簡(jiǎn)法”將長(zhǎng)期水動(dòng)力過(guò)程歸類精簡(jiǎn)為若干個(gè)對(duì)長(zhǎng)期地形演變起主要作用的“代表潮汐”和“代表波浪”;同時(shí)在