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1、第1期水利水运工程学报No.12001年3月HYDRO2SCIENCEANDENGINEERINGMar.2001河口海岸全沙模型相似理论窦国仁(南京水利科学研究院,江苏南京210029)摘要:在讨论了潮流和波浪的基本方程式及其相似条件之后,阐述了本文作者近年来在潮流和波浪作用下泥沙运动基本规律方面取得的研究成果.在此基础上,提出了悬沙和底沙物理模型的相似理论,特别是全沙变态模型的相似理论.按此相似理论,可在一个模型中进行潮流与波浪共同作用下的全沙试验.关键词:潮流;波浪;泥沙;模型;相似律;河口;海岸中图分类号:TV14912文献标识码:A文章编号
2、:10092640X(2001)0120001212SimilaritytheoryoftotalsedimenttransportmodelingforestuarineandcoastalregionsDOUGuo2ren(NanjingHydraulicResearchInstitute,Nanjing210029,China)Abstract:Thebasicequationsoftidalcurrentsandwavesandtheirsimilaritylawsarediscussed.Theresultsobtainedbytheaut
3、horinrecentyearsinstudyingthebasiclawsofsedimenttransportundertheactionoftidalcurrentsandwavesareexpounded.Basedontheseresults,thesimilaritytheoryofphysicalmodelingforsuspendedandbedloadtransportisdeveloped.Thissimilaritylawgivesspecialattentiontothedistortionmodeloftotalsedime
4、nttransport.Accordingtothissimilaritytheory,theexperimentalstudyoftotalsedimenttransportunderthejointactionoftidalcurrentsandwavesinonemodelcanbecarriedout.Keywords:tidalcurrent;wave;sediment;model;similaritylaw;estuary;coast近30年来,泥沙模型试验已逐渐成为研究和解决河流、河口和海岸工程泥沙问题的重要手段.1973年本[1]文作
5、者提出了全沙河工模型试验理论,并用全沙物理模型研究解决了长江葛洲坝枢纽工程的泥沙问题,为该枢纽的正常通航和发电创造了条件.其后,在研究长江三峡工程、黄河小浪底工程以及西煤东运第二条大通道出海港黄骅港工程等重大水利、水电、水运工程中的泥沙问题时,都进行了全沙物理模型试验,从而使模型试验理论和试验技术得到了进一步的完善.当前,我国正在加快开发和利用粉沙淤泥质河口海岸资源,包括建设深水港和深水航道.在这些工程中,解决泥沙问题是其关键技术.为研究解决工程泥沙问题,除需进行收稿日期:2001201218作者简介:窦国仁(1932-),男(满族),辽宁北镇人,教
6、授,中国科学院院士,博士,主要从事紊流和河流、河口、海岸泥沙问题的研究.2水利水运工程学报2001年3月泥沙数学模型研究外,还应开展泥沙物理模型试验.为此,必须研究潮流和波浪作用下的泥沙运动理论和模型相似理论.本文拟阐述作者近年来在潮流、波浪作用下底沙和悬沙运动基本规律方面所取得的研究成果,并在此基础上,较为全面系统地研究河口海岸全沙模型相似理论,特别是变态模型的相似理论,为研究河口海岸工程泥沙问题提供更为可靠的技术手段.1潮流的相似条件在以x,y,z表示的直角坐标系中,当忽略水的粘滞阻力时,潮流运动基本方程的表达式为:紊流运动方程5u5u5u5u1
7、5p5u′u′5u′v′5u′w′+u+v+w=gix----5t5x5y5zρ5x5x5y5z5v5v5v5v15p5u′v′5v′v′5v′w′+u+v+w=giy----5t5x5y5zρ5y5x5y5z5w5w5w5w15p5u′w′5v′w′5w′w′(1)+u+v+w=-g----5t5x5y5zρ5z5x5y5z连续方程5u5v5w++=05x5y5z式中:u,v,w分别为x,y,z方向上的时均流速分量(其中,z轴垂直向上,原点位于床面);t为时间;g为重力加速度;ix,iy分别为纵向和横向水面比降;p为压力;ρ为水的密度;-u′u′,
8、-u′v′,-u′w′,-v′v′,-v′w′和-w′w′为紊动应力.若(1)式中的各项均能按相同的比例缩小
