近岸海域近底泥沙通量计算方法分析及应用.pdf

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1、第46卷第1期人民长江Vo1．46．No．12015年1月YangtzeRiverJan．，2015文章编号：1001—4179(2015)01—0078—05近岸海域近底泥沙通量计算方法分析及应用柯杰，陶爱峰一，李瑞杰。，李春辉，董啸天(1．河海大学海岸灾害及防护教育部重点实验室，江苏南京210098；2．河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏南京210098；3．河海大学环境海洋实验室，江苏南京210098)摘要：近底泥沙通量问题是近岸泥沙和海床冲淤演变预测的关键，常用的计算方法包括挟沙力方法和切应力方法。列举了近底泥沙通量的常用计算公式，并通过数学推导

2、初步证明了两种方法在公式形式上的统一性。结合舟山群岛粉砂质海域和江苏沿海淤泥质海域的数学模型，分别用这两种方法计算近底泥沙通量，为论证其在实际应用中一致性提供了数据支撑。关键词：近底泥沙通量；挟沙力；切应力；数值验证中图法分类号：TV14文献标志码：ADOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2015．01．020近底泥沙通量的真正含义是悬沙运动方程的底部李瑞杰从悬沙运动方程出发，研究了挟沙力方法边界条件¨。悬沙运动方程是不封闭的，求解过程和切应力方法“，从物理意义和形式上指出两者的一需要结合相应的水动力条件和定解条件。在河流、河致性，从

3、理论上统一了这两种方法，但尚缺乏实际应用口以及海岸的泥沙运动研究中，通常采用泥沙通量为数据方面的论证。本文通过列举近底泥沙通量的常用零作为水面处的边界条件，以悬沙和底沙的交换即近计算公式，初步探讨两种方法在公式形式上的统一性，底泥沙通量作为底部边界条件，通过处理水面和底部并结合舟山群岛粉砂质海域和江苏沿海淤泥质海域的定解条件来解决实际问题。数学模型，运用两种方法分别计算近底泥沙通量，并进国内外的泥沙研究学者对近底泥沙通量问题进行行对比分析，为论证其统一性提供数据支撑。了大量的研究。韩其为对泥沙起动规律、底沙交换和1近底泥沙通量表达形式状态概率及推悬比进行深

4、入研究，将悬沙运动方程底部边界条件的不同提法归纳为6类，并做了分析和对近底泥沙通量是解决泥沙问题的关键因素，通常采用冲刷通量和淤积通量来表示J=E—D，其中，E比。曹志先基于湍流猝发作用，构造了床面泥沙上为冲刷通量，D为淤积通量，为近底泥沙通量。扬通量的理论模式，并在此基础上导出了平衡近底含沙浓度。R．Van等也采用理论分析和现场实测等方1．1挟沙力方法式对近底泥沙通量问题进行了研究。挟沙力方法是根据水流携带泥沙的能力与含沙量由于确定方法不同，常用挟沙力方法和切应力方的大小关系，来判定底床的冲淤状态。通常不能详细法表达近底泥沙通量。从这两种方法出发，近底泥

5、沙分析泥沙交换机理，而是给出经验或半经验的公式。通量出现了诸多基于经验关系的表达形式。由于表达第1种常用形式形式众多，也导致了泥沙理论研究的推进面临较大困J0=OtO)(c—C)(1)难式中，c为挟沙力；C为含沙量；09为沉速；为恢收稿日期：2014—06—13基金项目：国家自然科学基金项目资助(41276017)作者简介：柯杰，男，硕士研究生，主要从事河口海岸泥沙研究。E—mail：kj36170909@163．corn第1期柯杰，等：近岸海域近底泥沙通量计算方法分析及应用79复饱和系数(也称沉降概率)，其与动力条件、泥沙沉C=AT6(9)速等有关。不是

6、常数，而是表征冲淤两种状态的参数，在不同水域取值不同，同一水域淤积、冲刷状态下式中，A为比例函数，A=，，，，詈，的取值也不同。旱)。第2种形式J。=O／O．)(c—C)(2)同理，在相同位置，比例函数中的参数均相同，Cd：ATd，C=AT。第3种形式J。=(c一厂2c)(3)常用的挟沙力方法近底泥沙通量计算公式为第4种形式Jo=Ol(．OC(c／C一1)J。=0／09(c一f4C)(4)』cs>c淤积(10)式中，为线性比例系数，为泥沙非饱和系数，为【C

7、含沙量之比。C分别为临界淤积含沙量和临界冲刷含沙量，式(10)1．2切应力方法可改写为切应力方法根据底部切应力与临界切应力问的大rO／dC(c／c；一1)Cd≥C淤积小关系，判定底床的冲淤状态，其概念清楚，表达形式，0=?0Cd

8、冲届0刷切应力，7-为临界淤积切应力，Ot为淤积概率，c令E。：0