破碎波作用下的粉沙懸沙濃度垂向分布計算方法的探討.pdf

1、波浪破碎是近岸懸沙的主要動力,因此研究波浪破碎作用下的懸沙濃度垂向分布對于預(yù)測航道淤積有重大意義. 本文對破碎波作用下的粉沙質(zhì)海岸粉沙懸沙濃度進行實驗研究并進行分析.本文所進行的主要工作如下:首先,通過對驢駒河粉沙和黃驊粉沙的水槽實驗測量了破碎波作用下不同斷面處的懸沙濃度垂向分布；并采用ADV測量了不同斷面不同深度處的速度時間過程；對實驗現(xiàn)象和結(jié)果進行了初步分析,得出: (1)在波浪破碎點附近,上部水體懸沙濃度與破碎后基

2、本相同,不同的是波浪破碎前附近底部濃度值比破碎后大很多,從而斷面平均懸沙濃度比破碎后大,因此在計算泥沙輸移時,應(yīng)對破碎前附近懸沙濃度垂向分布更加注重； (2)在卷破波作用下,距破碎點距離的長短對懸沙濃度的影響較大(與崩破波相比),在波浪破碎后當(dāng)距破碎點較短時,懸沙濃度較大；反之,懸沙濃度較??； (3)在破碎帶內(nèi)區(qū),驢駒河粉沙和黃驊粉沙懸沙濃度垂向分布均接近直線,且斜率非常大； (4)在波浪破碎前近底有高濃度含沙水

3、體層,而在波浪破碎后高濃度含沙水體層消失； (5)在波浪破碎情況下,整個斷面的顆粒級配圖中dso較為相近；而在波浪不破碎情況下,在整個斷面的顆粒級配圖中,d<,50>在底部較大,隨著距地面距離的增大,d<,50>不斷減小. 其次,對采用ADV測量的速度時間過程進行傅立葉分解,采用George等的慣性耗散方法進行分析,得到了紊動耗散系數(shù)和紊動強度.對沿程紊動強度進行分析后得出,分布形式與斷面平均懸沙濃度沿程分布規(guī)律相同,在

4、破碎點附近,紊動強度達到最大,在破碎點前,紊動強度沿程增大；在破碎點后,紊動強度沿程減??；然后,從實驗數(shù)據(jù)出發(fā),進行了一系列的分析,具體如下: (1)根據(jù)實測濃度入手,應(yīng)用垂向一維懸沙擴散方程,近似推求得到驢駒河粉沙泥沙擴散系數(shù)； (2)從實驗得出的斷面的顆粒級配圖,通過沉速公式給出了波浪不破碎情況下的泥沙沉速垂向分布形式； (3)根據(jù)Kolmogorov-Prandtl公式,并假定泥沙擴散系數(shù)等于動量擴散系數(shù),

5、對泥沙擴散系數(shù)和紊動強度的關(guān)系進行分析,得出了包含波浪對流影響的紊動尺度；再通過Kolmogorov-Prandtl公式,得出了沿程懸沙擴散系數(shù)垂向分布； (4)根據(jù)紊動尺度的選擇,建立了波浪不破碎情況下的泥沙擴散系數(shù)模型； (5)應(yīng)用波浪不破碎情況下泥沙沉速分布形式和泥沙擴散模型代入垂向一維泥沙擴散方程計算實驗波況下的懸沙濃度垂向分布,計算結(jié)果與實測濃度較為相近； (6)通過引入破碎波浪表面懸沙擴散系數(shù)表達式,

6、對Ogston的泥沙擴散系數(shù)模型進行修正,并基于波浪不破碎情況下的泥沙擴散系數(shù)模型,分別建立了破碎帶外區(qū)和破碎帶內(nèi)區(qū)泥沙擴散系數(shù)模型； (7)用建立的泥沙擴散系數(shù)模型代入垂向一維泥沙擴散模型,計算實測波況下的懸沙濃度垂向分布,計算結(jié)果與實測濃度較為相近； 最后,對近底高濃度含沙水體層提出了新的定義,根據(jù)實測濃度插值計算近底高濃度含沙層厚度,并與邊界層厚度進行了對比,得出近底高濃度含沙層厚度與邊界層厚度的關(guān)系.并基于此,提