破碎波作用下沙坝附近悬浮泥沙浓度试验研究.pdf

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1、第44卷第21期人民长江Vo1．44．No．212013年11月YangtzeRiverNOV．．2013文章编号：1001—4179(2013)21—0071—05破碎波作用下沙坝附近悬浮泥沙浓度试验研究潘昀，程永舟2，李青峰，杨小桦(1．长沙理工大学水利工程学院，湖南长沙410004；2．水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室，湖南长沙410004；3．南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点试验室，江苏南京210024)摘要：岸滩中较大部分的侵蚀和淤积都集中发生在波浪破碎带，分析该区域的水动力特性有助于探

2、寻沙坝附近悬浮泥沙变化规律。在波浪水槽中采用中值粒径为0．47mm的原型沙铺设1：20坡度的底床进行了相关试验。试验结果显示：斜坡沙坝附近的悬浮泥沙浓度历时曲线呈倒“V”形分布，先增大再减小，最后趋于稳定；破碎带沙坝附近的悬浮泥沙浓度受波浪水深影响较大，并不随着波高的增大呈现规律性的变化；较小的沙坝顶悬浮泥沙浓度通常出现在入射波浪能量以及平均水流相对较小的波浪作用下；波浪相对平静期间，波浪流速的紊动强度较小，悬浮泥沙浓度较小。关键词：波浪；水动力特性；悬浮泥沙浓度；沙坝中图法分类号：TV131．2文献标志码：A波浪传播

3、到浅海时，海床泥沙开始出现起动，当大析研究。蒋昌波，白玉川等针对涡动沙纹作用下绕量泥沙悬浮或产生推移运动后，则会引起海床形态变流结构所具有的强二维特性，建立了立面二维曲线坐化。在近岸，波浪以破碎波形式居多，会产生较大的破标下的数值模型，分析沙纹附近的悬沙浓度。相比坏作用，促使大量泥沙起悬。岸滩中较大部分的侵蚀之下，有关破碎波作用下的悬沙运动研究相对较少，破和淤积都集中发生在破碎带，对破碎带水动力特性进碎带的水动力条件和地形条件等更加复杂，对于波浪行研究，探寻沙坝附近悬浮泥沙浓度的变化就显得非破碎后的水动力情况和浅水区的

4、不对称振荡运动描述常有意义。起来难度较大，有待进一步深入研究。波浪作用下的悬沙浓度分布研究成果很多。一些浅海沙滩的形成和演化除了受海底水流作用以学者研究了流速分布、卡门系数、泥沙沉降速度、紊流外，同样受波浪破碎所诱导产生的紊流作用影响。紊切应力等因素与悬沙浓度分布之间的关系。Mazum-流强度是衡量紊流剧烈程度的参数，DallyandDean的der和Ghoshal提出了包含细砂、中砂和粗砂的均匀挟研究表明了波浪破碎所诱导产生的紊流是悬移质增加沙水流速度分布和含沙浓度分布的理论模型⋯。严的重要原因，特别是在波浪的初始破

5、碎带Es]。Stive的冰等提出了全水深悬沙扩散系数的表达式，建立了研究也表明了波浪非对称性影响的重要性。上述悬沙垂向时均浓度分布的显式解析模型。赵冲久等得研究都阐明了一些主要流动的机理，但是对于长波的出了底部高浓度含沙水体层的输沙量计算公式。作用仍存在着一些疑问。时钟等在长江口利用“声学悬沙观测系统”观测到人沙坝附近水沙动力特性直接影响地床泥沙悬浮，潮4种典型的高时空分辨率细颗粒悬沙浓度声学垂向又因沙坝的形成和运动加剧波浪破碎并改变了破碎的分布图和垂线分布曲线。韩鸿胜对破碎波作用下形式，彼此间的耦合使得问题更加复杂多

6、变，本文通过的粉沙质海岸粉沙悬沙浓度进行了试验研究分析。试验研究波浪作用下沙质斜坡海床上沙坝附近悬浮泥李大鸣等对坡度海床上推移质运动机理做出了初步分沙浓度变化规律。收稿日期：2013—09—12基金项目：国家自然科学基金项目(50909009)作者简介：潘昀，男，博士研究生，主要从事河流海岸动力学及泥沙运动方面的研究。E—mail：nanjingpanyun@qq．corn72人民长江2013丘波况下小3～4倍，说明大水深波浪作用下的破碎带悬l试验概况浮泥沙浓度明显要比小水深波浪的大。图3前两条曲1．1试验装置及仪器设

7、备线相似，但与第3条曲线有差异，所以沙坝上端的悬浮泥沙浓度变化并不随着波高的增大呈现规律性的变该试验在长沙理工大学港航中心小波浪水槽中进化。行，水槽长40m，宽0．5m，高0．8m，水槽边壁为光滑透明的有机玻璃，试验水槽的造波机采用大连理工大学研制的造波控制系统。采用加拿大RBRXR一420浊度仪采集悬沙浓度，传感器光学窗口宽约0．03m。浊度仪水平放置在斜坡底床上，并保持传感器与底床相距0．02～0．05m，测量点位于浊度传感器光学窗口前0．05m内。试验中采用ADV进行近底三维流速测量．可提供的最高采样频率为200

8、Hz，最大测速范围4m／s，精度是测量值的±0．5％或±1mm／s，分辨率为0．1rrlm／s。而且ADV具有自动测深功能，能测量断面形状及距边壁距离，在不超过20cm的范围内，精度可以达到0．1mlTl。1．2模型设计和测点设置试验模型的布置见图1。用中值粒径为0．471TIll的泥沙堆建一个1：20的斜坡模型，模型顶部高为0．