泻湖潮汐通道地形演变数值模拟研究

• 作 者: 申翼
• 机 构: 天津大学
• 出 处: 天津大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 泻湖潮汐通道 地形演变 数值模拟 破波指标 SWAN模型

泻湖潮汐通道是沙质海岸上常见的地貌形态。其中,泻湖通常具备良好的掩护条件,是港口选址、风暴条件下船舶避风的优良场所。潮汐通道则是连通泻湖与外海的天然水道。受潮流、波浪、近岸波生流等因素的影响,泻湖潮汐通道的泥沙运动往往较为活跃、地形改变亦较为频繁。泻湖潮汐通道的稳定性与港口建设、航运、近岸生态系统息息相关,因此,关于其稳定性的研究一直是海岸工程领域的重要课题。沿岸输沙引起的潮汐通道闭合是其不稳定性的一个重要表现,对人类生产具有较大的负面影响。本文采用基于过程的数学模型,研究不同波浪、潮流条件下泻湖潮汐通道的地形演变,探讨波生沿岸流引起的沿岸输沙和潮流输沙共同作用时其地形演变的规律。本文的主要工作如下:(1)波浪斜向入射在近岸地区破碎形成沿岸流,其引起的沿岸输沙是影响泻湖潮汐通道地形演变的重要因素。沿岸流、沿岸输沙的计算是否合理主要取决于近岸波浪场的模拟结果。为更好地模拟波浪在近岸地区的传播,本文将合田良实破波指标引入SWAN模型中。依据大量现场和实验室观测数据,提出了破波指标公式中系数A的表达式,并收集了相对独立的观测数据对改进后的模型进行验证,模拟结果与实测数据具有较好的一致性。(2)收集了Delft水动力实验室所做的Keta泻湖潮汐通道地形演变物模实验的观测数据。应用地形演变数学模型模拟该实验过程,结果表明模型能较合理地描述潮流和波浪共同作用下泻湖潮汐通道的地形演变规律。(3)研究了不同波高和潮位条件下,理想泻湖潮汐通道的地形演变规律。结果表明,近岸波生流引起的沿岸输沙是导致潮汐通道口门处浅滩形成的主要因素,波高越大潮汐通道拦门沙浅滩发展越明显;潮流是抑制口门处浅滩形成、维持潮汐通道畅通的主要因素,潮差越大浅滩发展越不明显。当潮流动力较小而波浪条件较显著时,泻湖潮汐通道的口门会出现闭合的趋势。