一維數學模型在堤前灘面短期演變計算中的應用

張景新,王 穎,王 偉,寇 軍,王佳飛,劉 樺

(1.上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院,上海 200240;2.上海化學工業區物業管理有限公司,上海 201507)

沿海地區夏季頻繁的臺風對海岸防護工程有諸多危害,涉及越浪、護岸結構的破壞及堤身的穩定等。臺風引起的風浪在灘面上傳播,伴隨著波浪的破碎,引起灘面上大量的床沙起動、懸浮及輸移。灘面沖淤變化不僅影響著波浪的傳播、爬高及越浪,同時也影響著堤身結構的穩定,甚至引起海岸災害。

鑒于海岸防護工程的重要性,波浪作用下灘面沖淤演變的研究一直以來備受關注,國內外近年來已有大量的研究成果[1-4],涉及試驗研究及數值模擬。試驗研究借助于大型水槽設備的開發及測量手段的不斷完善,已取得了豐碩的研究成果[4]。數值模擬手段在海灘輸沙的計算中也發揮著重要的作用。近年來,復雜流體運動模型或水沙兩相流模型在海岸帶潮流場、波浪場及泥沙運動的研究中逐漸得以發展,在水沙運動的機理性研究中發揮著重要的作用[3,5]。但對于實際海岸工程而言,大型數值模型的開發及應用還難以達到工程實際應用的程度。早期發展的海岸帶橫向輸沙的一維數學模型形式相對簡單,計算工作量較小,借助于實測資料及合理的經驗系數的選取,該類模型在實際工程應用中具有一定的適用性。一維數學模型應用中的首要問題是確定橫向輸沙率,目前已有眾多輸沙率計算方法[6-7]。依據輸沙的動力因素不同,研究者將泥沙在空間上分為波浪上涌帶和波浪淺化帶及破碎帶分別加以考慮[7]。……