河口海岸近底层潮流速分布模式初步研究.pdfVIP

泥 沙 研 究 年 月 第 期 河口海岸近底层潮流速分布模式初步研究 郝嘉凌 宋志尧 严以新 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 许多现场实测资料表明 潮流近底流速剖面偏离传统的对数分布 虽然偏离值可能不大 但利用对数剖 面去计算河底粗糙长度和剪切应力时会引起较大的误差 有研究者的数值试验表明 如果通过流速是对数分 布来估计粗糙长度和底部切应力 偏差可能超过 等 本文从流体动力学原理出发 利用 混合长度和 自相似理论建立河口海岸近底层潮流速分布的对数线性模式 通过对英国大 陆南部西 水道实测水流垂向分布进行枚举粗糙长度 结合最小二乘法拟合 并将计算结果与传统的 对数模式的结果比较 表明本文模式有以下优点 精度高 计算值更接近实测值 所确定的粗糙长度 和 摩阻流速 的相关系数更高 且两者在相位上更趋一致 关键词 近底水流结构 对数线性流速分布 粗糙长度 摩阻流速 中图分类号 文献标识码 文章编号 前言 由于河口区地理位置的特殊性和对国民经济发展的重要性 对河口的开发和利用步伐加快 随之产 生的一些问题 如河口区污染物的迁移扩散 泥沙和沉积物的输运造成的岸滩演变 盐淡水混合等问题 受到众多科研工作者的重视 由于河口地区与河道相比水流条件更为复杂 受潮汐和潮流的影响 再加 上海洋对河口的作用 其流场相当复杂 对河口流场及相关问题的研究方兴未艾 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 由于底床的摩擦作用及海面升降引起的水压传递作用 河口海岸近底层的流动与远离海底的上层 水体的流动产生很大的差别 形成重要的底边界层 在短周期的波浪水流中 水流在很短时间内正负交 变 边界层得不到充分发育 只有在床面附近很薄的一层受到床面摩擦影响而存在剪切应力 形成近底 边界层 而潮汐水流的边界层和明渠单向水流的边界层都有一个共同点就是得到充分的发育 扩展到 整个水深 因而在全水深上水流流速垂向分布受剪切应力的控制 河口泥沙运动是河口地区可持续发展中的重要科学问题之一 近底泥沙含量相对较高 由于水 层和底床存在频繁的物质交换 因此 近底层水流结构及底床摩阻对水沙及温度盐分的垂向混合 底沙 运动等物质过程和近海底栖食物链的生存 迁移等生态过程有着重要的作用 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 收稿日期 基金项目 教育部博士点基金资助 编号 国家自然科学基金 国家自然科学基金 作者简介 郝嘉凌 男 江苏南京人 河海大学博士研究生 主要从事河口海岸水动力学及环境方面研究 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 所以本 文从流体动力学原理出发 利用 混合长度和 自相似理论 建立河口海岸近底层潮流 速分布模式 并通过对英国大陆南部西 水道实测水流垂向分布进行枚举粗糙长度 结合最小 二乘法拟合 发现本文所提出的对数线性流速分布模式与实测数据拟合比传统的对数分布更为合理 潮流近底层控制方程 假定水体均质不可压缩 关于水流间的紊动应力采用 假定 即可类比于层流的粘性应 力