透水鱼礁型潜堤内部流场及绕流特性模拟

为探究透水鱼礁型潜堤近区绕流结构的形态和水动力特性，通过水槽试验和数值模拟对均匀来流作用下单体鱼礁型潜堤近区绕流结构展开精细化研究。水槽试验采用粒子图像测速技术获得礁体内外的三维湍流特征，内部湍流在时均流场中呈现出横向对称的连续涡旋结构，揭示了鱼礁型潜堤表面的穿孔设计增强礁体内外水交换的流动机制。基于有限体积法建立了三维水槽数学模型，采用标准k-ε、重整化群k-ε、可实现k-ε和大涡模拟4种典型湍流模型模拟鱼礁型潜堤绕流流场，并根据试验结果评估各湍流模型的计算精度和效率。数值结果表明：大涡模拟方法对Navior-Stokes方程直接求解大涡的优势使其对礁体内部的流动分离现象预测最为精确，但模型计算效率最低；可实现k-ε模型对礁体结构内外的流速和涡旋分布的模拟基本反映了实测结果，且计算效率最高，是在计算能力有限时最适用于模拟透水鱼礁型潜堤的湍流模型。     

单一沙坝型海滩平衡剖面形态预测公式

基于戴河口至洋河口海滩养护后的海滩平衡剖面实测资料,以存在离岸单一沙坝的低能砂质海滩为研究对象,分析其海滩剖面形态演变,提出以背景剖面和沙坝剖面叠加的单一沙坝型海滩平衡剖面预测公式。背景剖面基于最大信息熵原理充分考虑沙坝向岸侧和离岸侧差异,沙坝剖面则采用3～4个参数以抛物线函数形式分段描述非对称性沙坝形态。该平衡剖面公式对戴河口至洋河口岸段养护后的海滩剖面拟合效果较好,且成功应用于北戴河老虎石海滩和美国佛罗里达Fort Myers海滩,能较准确反映存在离岸单一沙坝低能海滩的平衡剖面特性。     

双导堤工程下潮汐汊道与海岸潟湖地貌稳定性

以渤海湾沿岸具有双导堤工程的单一潮汐汊道的华北最大海岸潟湖—七里海潟湖为原型建立理想模型，通过设置包括临界侵蚀应力、临界淤积应力、泥沙沉速、初始床面高程和径流量等影响潟湖地貌演变的相关参数，得到理想模型达到稳定状态后的纳潮量P和潮汐汊道断面最大流量Q_m。分别建立其与潮汐汊道断面面积A的相关关系式以表征潮汐汊道稳定性。比较分析发现在表征潮汐汊道稳定性方面，Q_m?A关系较P?A关系的拟合效果更佳。分别利用Q_m?A关系以及泥沙净冲淤量计算得到潮汐汊道和潟湖稳定所需时长，对比结果表明潟湖明显滞后于潮汐汊道达到稳定状态，临界侵蚀应力对潮汐汊道稳定性影响更大，而临界淤积应力、泥沙沉速和初始床面高程对潟湖稳定性影响尤为显著，径流量对潟湖和潮汐汊道稳定性的影响相当。     

多工程和波流耦合作用下养护海滩的地貌演变特征

为探究秦皇岛市戴河口至洋河口岸段海滩在养护工程实施后的地貌演变特征,采用双重嵌套网格技术在验证良好的波流耦合水动力模型基础上建立该海域的泥沙输运及海床演变模型,模型得到了实测资料的良好验证。模型的计算结果及实测剖面资料表明：潮流和常浪耦合下的泥沙分布与潮流和和强浪耦合下的泥沙分布形式一致,平均泥沙浓度及工程前后泥沙浓度增加值落急时刻大于于涨急时刻;工程后沙坝周围出现悬沙高浓度带,常浪时位于沙坝向岸侧,强浪时带位于沙坝向海侧;工程后沙坝处发生侵蚀,沙坝向岸侧发生淤积,沙坝向岸移动,工程在有无风暴潮的情况下均能起到保护海滩的作用。     

波流对人工岬头和海滩养护工程的响应

以新开河口至南山岸线为研究对象,为减少海岸侵蚀,在岸线两端修建人工岬头和包含水下沙坝的海滩养护工程.基于MIKE 21软件建立潮流和波浪耦合模型,研究波流动力对人工岬头和海滩养护工程的响应变化.人工岬头的挑流作用使得东西岬头前流速增加,但岬湾内部流速减小并在岬头后侧形成弱环流.海滩养护工程后沙坝坝顶有效波高略有增加,但沙坝之间有效波高有所削减,沙坝后侧海域波高明显减少;滩肩前方海域有效波高减小,涨潮期间波高减小量大于落潮期间波高减小量.人工岬头和海滩养护工程的共同作用可有效削减岬头和沙坝环抱海域特别是近岸的潮流和波浪,减少海岸侵蚀.