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水利工程论文-波浪边界层中细颗粒粘性泥沙的再悬浮和扩散输移.doc

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水利工程论文-波浪边界层中细颗粒粘性泥沙的再悬浮和扩散输移.doc

水利工程论文-波浪边界层中细颗粒粘性泥沙的再悬浮和扩散输移摘要:本文用多尺度摄动方法从理论上推导了波浪边界层中细颗粒粘性泥沙的再悬浮和扩散输移的规律,并用几个算例细致地分析了波浪对细颗粒粘性泥沙再悬浮和扩散输移的作用。指出:在近岸及湖泊地区,波浪不仅是细颗粒粘性泥沙再悬浮的主要动力,而且其引起的泥沙扩散输移的强度和风生流相当。关键词:波浪边界层粘性泥沙再悬浮扩散输移1引言底部泥沙的再悬浮和运移是海岸过程的中心问题。由于泥沙往往是重金属和氮、磷等污染物的载体,近年来,泥沙的扩散输移得到了广泛的研究并建立了许多数学模型。Horikawa(1968)和VanRijn(1993)等讨论了非粘性泥沙扩散输移的数学模型[1,20],Sheng(1979,1984,1991a,b)等则建立了粘性泥沙的数学模型[12~16]。这些模型在计算技术和紊动模式方面比较成熟,但许多特征参数尚赖于野外和实验室资料的率定,这就增加了模型的不确定性,同时这些模型仅仅考虑到波浪对底部切应力的贡献,即对泥沙再悬浮的贡献。事实上,除了波浪对泥沙的侵蚀作用外,对悬浮泥沙的扩散输移也有重要作用。波浪二阶雷诺应力产生的波生流流速随水平方向变化,和风生流流速相当。如美国Okeechobee湖,水深较深区域的实测流速为5~10cm/s,而一波高15cm,周期3s的代表波,其一阶轨道速度为30cm/s,产生的流动大于或与风生流流速相当。同深海波生流会改变表层风生Ekman漂移(Madsen,1978)一样[4],此流动也会使近底水质点产生漂移。同时波浪边界层中较大的切应力也将加剧泥沙的扩散输移(MeiChian(1994)可知[8]H1=-0.122058+0.659452I(30)H2=0.033333H3=-0.155391+0.659452IH4=0.023615+0.233866I5前进波作用下泥沙的再悬浮和输移设底床仅0<X<L,-∞<y<∞可冲刷,一波列垂直此可冲刷无穷条带行进,近底理想流为U(1)=RU0(x)e-iωt=R(Ubeikxe-iωt)(31)Ub=Aω=A0ω/sinhkh(32)式中A0为表面波波高。底部切应力为τb=(ρD/δ)R[U0(X)e-i(ωt+π/4)](33)时间平均的侵蚀速率为M|τb|=22(34)引入无量纲量X′=kx,T′=[(k2U2b)/ω]T,U′0=

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