河口海岸潮流速分布模式研究.pdfVIP

泥 沙 研 究 年 月 第 期 河口海岸潮流速分布模式研究 郝嘉凌 宋志尧 严以新 李海泉 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室 海洋学院 江苏南京 摘要 在沿岸水域尤其是在浅海陆架和近岸区 潮流在水流运动中起着主导的作用 在潮流运动中 近底流速 剖面偏离传统的对数分布 根据前人的研究 笔者曾从理论上得到了近底流速分布的对数线性模式 但该模 式对近底层的数据要求较高 一般近底 之内需要四层测量数据 而这些数据在实际应用时很难得到 因 此 本文根据潮流运动的表面边界条件将该模式进行扩展研究 使其能适用于传统的六点法测量数据 该扩 展模式为对数抛物模式 适用于全水深 是潮流速分布模式 通过长江口和江苏岸外西洋海域两个实例计算 分析 并与传统的对数分布模式比较 结果表明该潮流速分布模式在各层数据上都与实测数据具有良好的相 关性且物理量 与 之间具有更好的一致性和相关性 可应用于河口海岸流速分析研究 关键词 近底 流速剖面 对数模式 对数线性扩展模式 中图分类号 文献标识码 文章编号 前言 在沿岸水域尤其是在浅海陆架和近岸区 潮流在水流运动中起着主导的作用 近底水流因底床摩擦 而产生的紊动和边界层内水流的滞后对近底泥沙的侵蚀和输送 污染物的迁移扩散以及底床管线冲刷 等产生重要影响 因此正确预测近底水流的垂直结构及其相应的底床剪切应力对河口海岸工程的研究 具有重要意义和应用价值 指出在加速潮流中近底流速剖面偏离常用的对数流速剖面 通过引入 加速长度 得到流速分布 等通过理论分析 得出了非 ? 恒定潮流模型底部剪切力边界条件的公式 使用常规摄动法求解非恒定流边界层方程得出邻近边界层 的对数线性流速分布 但以上二者的研究引入的加速长度和摄动量缺乏明确的物理意义 所以笔者 从流体动力学原理出发 结合 混合长度和 自相似理论 从理论上建立河口海岸近底层 潮流速分布的对数线性模式 其中 ? ? 为距离底床高度 为水深 为粗糙长度 为摩阻流速 为卡门常数 一般取 恒定明渠流时 对非恒定流 若忽略水流的对流扩散作用 则 收稿日期 基金项目 国家自然科学基金 教育部博士点基金资助 编号 国家自然科学基金 作者简介 郝嘉凌 男 江苏南京人 河海大学博士 主要从事河口海岸水动力学及环境方面研究 反映了潮流加速度对流速剖面的影响 通过文献 的资料分析研究表明 在近底层 对数线性模式是行之有效的 由于文献 所采用的 数据在近底一米之内有四层测量数据 这样的资料在一般条件下很难取得 所以 本文研究将近底层的 对数线性模式扩展至全水深 使之能够适用于常规的六点法 近底 数据 扩展后的对数线性模式适用全水深 是潮流速分布模式 并与传统的对数分布模式进行了 比较 潮流速分布模式 将文献 中 式 在 处对 进行泰勒级数展开保 留 项 得 则 记为 考虑到潮流运动表面边界 由 可得 于是 式可写为 在近底层 式右边第三项可以忽略 即为文献 推导的对数线性模式 拟合求解方法 对于对数线性扩展模式 利用实测流速资料 运用枚举法结合最小二乘法 进行拟合求解 取目标 函数为 针对每一条垂线 式中 代表沿垂线用来拟合的点数 矩阵求解 得出 和 然后计算目标函数 计算 组 对应的 个 的最小值 得出相应的 实例分析