考虑波浪辐射应力的潮流泥沙数学模型.pdf

A tidal current and sediment mathematic model considering wave radiation stress LI Da- ming, OUYANG Xi- yu, PAN Fan, YANG Zi- pei (State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety, Tianjin University, Tianjin 300072, China) Abstract：Based on the movement characteristics and interaction mechanism of tidal currents, waves and sediments in coastal and estuarine areas, considering the influence of wave radiation stressand sediment-capacity of wave- current interactiondynamic factors generated by the wave field on the flow field and sediment movement, and introducing turbulent flow in the sediment diffusion equation, the tidal current and sediment mathematic model was established under the wave actions. The weighting concentration mass on finite units and measured data of Jinzhou Port were employed for the verification of model. Verification results showed that the calculated tidal level was in good agreement with the measured data:flow velocities, flow directions and sediment concentration distribution. On this basis, the changes of flow field and sediment deposition before and after the project were studied, and the sudden silting phenomenon was analyzed. The mathematic model can be applied to simulating and forecasting the flow fields and sediments in coastal and estuarine areas, and it has good application prospect. Keywords： wave radiation stress; turbulent flow; tidal currents; sediments; mathematic Model; Jinzhou Port 考虑波浪辐射应力的潮流泥沙数学模型 李大鸣，欧阳锡钰，潘番，杨紫佩 （ 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津300073 ） 摘要：根据海岸河口地区潮流、波浪、泥沙的运动特点及其相互作用机制，考虑了波浪场产生的“波浪辐射应力”和“波 流挟沙力”动力要素对潮流场和泥沙运动的影响，在泥沙扩散方程中考虑了紊动水流作用，采用有限元加权集中质量法，建 立了考虑波浪作用的潮流泥沙数学模型，并利用锦州港港区的潮流及泥沙资料对模型进行了验证。验证结果表明，潮位吻合 良好，流速、流向、含沙量分布基本相似。在此基础上，模拟了工程建设前后，港区附近潮流场和泥沙淤积的变化，分析了 泥沙骤淤现象。模拟结果表明，该数学模型能够适用于海岸河口地区潮流、泥沙的模拟，为波浪作用下潮流场和泥沙淤积的 预测提供一种新的模拟方法，具有良好的应用前景。 关键词：波浪辐射应力；紊动水流；潮流；泥沙；数学模型；锦州港 中图分类号：TV148文献标识码：A文章编号：1001-6932 （2014） 06-0703-09 收稿日期：2013-12-14；修订日期：2014-04-18 作者简介：李大鸣 （ 1957- ） ，男，河北枣强人，教授，博士，主要从事水力学与河流动力学研究工作。电子邮箱：lidaming。 在海岸河口地区，潮流、波浪为主要的水动力 因素，影响着泥沙等物质的运动过程。对于潮流的 研究，从 20 世纪 60 年代开始以数值模拟为主，按 空间可划分为一维、二维、三维，在海岸河口地区 的宽浅水域，水平尺度远远大于垂向尺度，将实际 的三维潮流运动方程沿垂向积分得到平面二维潮流 运动，常用的数值方法有有限体积 （宋德海， 2012 ） 、破开算子法 （ 王晓青，2009 ） 、过程分裂法 （ 刘晓波，2004 ） 等。考虑波浪、潮流相互作用的 影响，Longuet-Higgins 等 （ 1960，1962 ） 分析波流 之间的能量转化，将作用于单位面积水柱体的总动 量流的时均值减去没有波浪作用时的静水压力定义 为波浪剩余动量流，提出了辐射应力理论，应用于 波浪增减水、近岸波生流系和泥沙输运的计算，取 海洋通报 MARINE SCIENCE BULLETIN Vol. 33,No. 6 Dec. 2014 第 33 卷第 6 期 2014 年 12 月 Doi： 10.11840/j.issn.1001-6392.2014.06.013 33 卷海洋通报 得很好的结果。辐射应力理论的提出，使波浪对潮 流驱动作用的研究取得了实质性的进展。 河口海岸的淤积和冲刷是泥沙运动的结果，其 运动的主要动力为潮流和波浪，具有非恒定性和非 饱和性。泥沙的运动一般考虑潮流、波浪的共同作 用，把波浪运动概化为潮周期中具有时均意义的波 浪流分布场，将波流摩阻力和波流挟沙力等要素耦 合到潮流运动方程和泥沙输运方程中，构成波、流 综合作用下的泥沙运动模型 （ 王彪，2012 ） 。更多 学者从不同角度出发，进行了更多的探索。曹祖德 等 （ 1992 ） 根据 Engelund 的推移质输沙模型，推 导出了波、流共同作用下的单宽推移质输沙函数基 本表达式，并确定模拟过程中的潮流底部剪切应 力、风对水面的剪切应力等参数；白玉川等 （ 2000 ） 利用 N-S 方程和质量传输方程，根据不同的物理 尺度，采用 Renolds 分解法，建立了模拟波、流联 合输沙及海床演变系统。李大鸣等 （ 1996 ） 以多重 尺度理论建立了波流作用下的水沙数学模型。李勇 等 （ 2010 ） 在论文中采用基于水沙两相紊流的数值 模型对波浪作用下的悬移质泥沙运动进行研究，在 基本方程中将水相和颗粒相通过相间作用力进行耦 合，合理地考虑了相间相对运动的影响。随着计算 机技术的发展，更多成熟的数学模型，如 MIKE21 （ 许婷，2010 ） 、SWAN （ 王殿志，2004 ） ，DELFT3D （ 刘曙光，2010 ） 等，成功地应用于实际工程。 本文建立的潮流泥沙数学模型，在潮流方程中 引入了波浪辐射应力，采用计及潮流波浪共同影响 的挟沙力公式，考虑波浪场对潮流场的影响。在此 基础上，根据挟沙水流中水体对泥沙的悬浮作用， 考虑波浪破碎产生的水体紊动，对泥沙大量悬浮扩 散的作用，在泥沙扩散方程中引入紊动水流影响 项，更精确地模拟泥沙运动过程。 1潮流泥沙数学模型的理论 1.1潮流计算方法 1.1.1基本方程 考虑波浪辐射应力的二维浅水环流方程： 鄣z 鄣t + 鄣 （ uh ） 鄣x + 鄣 （ uh ） 鄣y = 0（ 1 ） 鄣u 鄣t + u 鄣u 鄣x + v 鄣u 鄣y + y 鄣z 鄣x = -g u2+ v2姨 c2h u + fu + Tx+ Mx（2） 鄣v 鄣t + u 鄣v 鄣x + v 鄣v 鄣y + y 鄣z 鄣y = -g u2+ v2姨 c2h u - fu + Ty+ My（3） 式中： Tx = 1 籽h 鄣Sxx 鄣x + 鄣Syy 鄣y 蓸蔀 Ty = 1 籽h 鄣Sxy 鄣x + 鄣Syy 鄣y 蓸蔀 扇 墒 山 山 山 山 山 山 缮山 山 山 山 山 山 Mx = AH 鄣2u 鄣x2 + 鄣2u 鄣y2 蓸蔀 My = AH 鄣2v 鄣x2 + 鄣2v 鄣y2 蓸蔀 扇 墒 山 山 山 山 山 山 缮山 山 山 山 山 山 s = SxxSyx SxySyy 蓘蓡= E 2 2n （1 + Cos2琢） - 1nSin2琢 nSin2琢2n （1 + Sin2） - 1 蓘蓡 n = 1 2 kh Sh （2kh） E = 1 8 籽gH2 其中：u、v 为流速在 x、y 方向的分量，z 为水位，g 为重力加速度，c为谢才阻力系数，h 为水深，f为柯 氏力系数，s 为辐射应力，AH为水平涡粘系数，H 为波高，k 为波数，籽 为水体密度，琢 为波向角。 1.1.2边界条件 Z渣祝1= Z（ t，x0，y0） （ uCos兹 + vSin兹 ）渣祝2= 0 扇 墒 山 山 山 山 缮山 山 山 山 （ 4 ） 鄣赘 = 祝1+ 祝2（ 5 ） 式中：Z 为 （ x0，y0） 点上的潮位过程，祝1为模型 水域水线边界，兹 为模型陆边界法向角，祝2为模型 水域陆线边界，赘 为平面计算域。 1.1.3模型方法 采用有限元加权集中质量法。用有限元三角形 单元剖分海域，使工程和岸线与单元网格完全拟合。 1.2波浪计算方法 1.2.1基本方程 波浪运动守恒方程： 鄣k 鄣t +棕 = 0（ 6 ） 波动力守恒方程： 鄣 鄣t E 棕 蓸蔀+ CgE 棕 蓸蔀= 0（ 7 ） 式中：k 为波数，棕为波浪的圆频率，棕=gkth （ kh ） ， 耘 为波浪在周期内的平均能量，悦g为波浪群速度； 1.2.2计算模式 采用有限海域折绕射联合计算波浪场。 704 6 期 1.2.3风浪应力公式 风浪应力公式 （ 李潇，2006 ） 为： Tx忆 = 0.029 7籽aVa 2 （ Rea） （-0.2 ） Cos琢 Ty忆 = 0.029 7籽aVa 2 （ Rea） （-0.2 ） Sin琢（ 8 ） 式中：籽a为空气密度；Va为风速；Rea为风的雷诺 数；琢 为风向。 佐藤 田中公式为 （ 邵守良，1993 ） ： H0 L0 = 茁 d50 L0 蓸蔀 1 3 sinh 2仔hc L 蓸蔀 H0 H （ 9 ） 式中：H0、L0为深水波高、波长；H、L 为当地波 高、波长；hc为波浪作用泥沙起动临界水深；茁 为 泥沙起动系数。 风浪预报的莆站方法： gH Va = 0.13tanh 0.70h0.70蓸蔀tanh 0.001 8F0.45 0.13tanh 0.70h0.70 蓸蔀 蓘蓡 gT Va = 13.9H0.50（ 10 ） 式中：H、T 为当地波高、周期；h 为水深；F 为 风距。 1.3泥沙计算方法 1.3.1考虑紊动水流影响的泥沙扩散方程： 鄣h椎 鄣t + u h椎 鄣x + v 鄣h椎 鄣y - 鄣 鄣x 着x 鄣h椎 鄣x - 鄣 鄣y 着y 鄣h椎 鄣y = -琢棕0椎 - 椎* 蓸蔀 （ 11 ） 式中：h 为水深，椎为含沙量，u、v 为 x、y 方向 的速度，着x、着y为 x、y 方向的扩散系数，棕0为泥 沙沉速，琢 为修正系数，椎*为水流挟沙能力。 1.3.2床面变形方程 酌C 鄣hb 鄣t = -琢棕0椎 - 椎* 蓸蔀 （ 12 ） 式中：酌C为泥沙干容重，hb为床面变形量。 1.3.3计及潮流波浪影响的挟沙能力公式 计及潮流波浪影响的挟沙能力公式 （ 王尚毅， 1990 ） ： 椎*= 酌s 2 1 - PK蓸蔀 n i=1 移 C0i4.622 + 1 琢k 蓸蔀蓘I1i+ 4.62 琢k I2i蓡+ 酌s 8 Cb n i=1 移滓*iS*i（ 13 ） 式中：酌S为泥沙容重，PK为非造床质占含沙的重 量比数，C0i为床面表面造床质泥沙分组 i 的含沙 量 （相对体积比），C01= Cbf wi m*T 蓸蔀；f 由 Lane- Kalinske 曲线确定；m 为潮床及沿岸流速度模， m* 为潮流波浪综合摩阻流速，K 为泥沙卡门 系数， I1i= 0.216 A Z*- 1 2 - A 蓸蔀 Z* 1 A 乙 1 - Z 2 蓸蔀 Z* dz I2i= 0.216 A Z*- 1 2 - A 蓸蔀 Z* 1 A 乙 1 - Z 2 蓸蔀 Z* ln zdz I1i，I2i为爱因斯坦积分。其中 Z*= Wi km*T ， A = 啄 h Z， Wi= W1+ W2+W1W2姨 3 ， Wi为分组 I 组份泥沙的平均沉速，W1，W2为对应 组份泥沙最大 d1与最小 d2颗粒的沉速， m*T= m* m* 蓸蔀 2 + fw 2 u0 m* 蓸蔀 2 蓡 1 2 m* m*= 1 + 琢0 h 2m 2 * 蓘 2 （m2） 2x 蓡+ h m 2 * 鄣m 2 鄣t m*， 琢0为调试系数， 啄 = h 10- 1 23 k 2 m m* + 1 蓸蔀为床面 层 厚 度 ，Cb= min （Ca， Ck） ， d50 0.02 mm min （Ca， Cm） ， d50逸 0.02 mm ， Cb= -0.006 44.1105+ 0.392子b姨 0.196 为床面含沙量，Ck= 15.4d50+ 0.070 为细颗粒泥沙极限含沙量，Cm= 0.755 + 0.222log10d50为浑水最高含沙度，啄*i为组份 i 造床质泥沙占全沙的重量比数，S*i= 0.033d50i- 0.603 为底层泥沙较校正系数，d50i为组份 i 中值粒 径，泥沙起动判据 Shields 曲线确定。泥沙数学模 型中，主要技术指标含沙量 椎 的边值和初值条件 应以实测资料为基础，对于缺资料的部分区域，采 用平衡挟沙理论，由水动力条件加以确定。用数学 方法可表达为： 1.3.4泥沙计算边值和初值条件的处理方法 边值条件： 椎渣祝1= 椎 （ t，x0，y0） 椎渣祝2= 0 扇 墒 山 山 山 山 缮 山 山 山 山 （ 14 ） 初值条件：椎渣赘 = 椎 （ t0，x，y ）（ 15 ） 1.3.5泥沙计算模型方法 采用有限迎风单元计算含沙量和海床变化。 李大鸣 等：考虑波浪辐射应力的潮流泥沙数学模型 705 33 卷海洋通报 图 1锦州湾地理位置图 图 2计算区域及网格划分 140 120 100 80 60 40 20 0 100080402060 距离 /100 m 2模型的验证及应用 2.1计算范围及网格剖分 计算域选择位于锦州湾东北部的锦州港，其东 侧与笔架山紧邻，西至西南侧与湾顶浅滩隔海相 望，北部与海岸线接壤，地理位置见图 1。模型验 证的范围，由大笔架山以东 4.5 km 的海域为起点， 至锦州湾以西岸线最西点 （ 12108忆30义-12158忆E ） ， 最大宽度约 15 km；南起葫芦岛一线海域，北到小 笔架山附近 （ 4043忆-4051忆N ） ，模型长约 15 km。 模型覆盖海域面积达 180 km2。用有限元三角形单 元剖分海域，使工程和岸线与单元网格完全拟合。 为准确描述港口工程和航道附近地形、地物的影 响，在港区周边取 46 km2的矩形加密区，空间最 小步长约为 50 m，平面剖分网格见图 2。 2.2潮流验证 模型潮流计算以不规则半日大潮为潮流动力边 界，采用 2001 年 3 月一航院观测的锦州港 6 个站 点的大潮 24 小时垂线平均流速、流向逐时过程作 为模型调试验证依据，并参考 1994 年同源同日的 潮汐编整资料调试模型潮位边界。 模型验证时采用 1993 年 3 月 9 日 12：00- 1993 年 3 月 10 日 13：00 逐时资料进行 6 点潮位、 流速、流向逐时验证，见图 3。 锦州湾湾内潮流特征为不规则半日潮，大潮期 间潮汐为正规半日潮，两个潮周期基本一致，日不等 现象较小；小潮汛期间，潮位变化有明显的日不等现 象，后半日潮差大于前半日潮差。经对比，模型和原 型间的潮位验证吻合良好，流速、流向基本相似。 2.3含沙量验证 锦州湾湾内泥沙运动主要表现为：在南向大风 天，湾顶岸滩泥沙在波浪掀沙及潮流输沙作用下重 新输移。根据华东师范大学河口所 1989 年对锦州港 泥沙测验分析表明，正常天气情况下，锦州湾水体 中含沙量不大，一般小于 0.015 kg/m3，涨潮平均含 沙量 0.012 3 kg/m3，落潮平均含沙量 0.012 0 kg/m3， 含沙量垂线和平面分布上都较均匀。而在大风天 气情况下，由于波浪掀沙，水体含沙量増大，涨 潮平均含沙量 0.242 7 kg/m3，落潮平均含沙量 0.271 9 kg/m3，分别是正常天气情况下的 19.65 倍 和 22.56 倍。锦州港一般天气大潮含沙量明显大于 小潮含沙量，落潮含沙量稍大于涨潮。含沙量垂线 分布底层大于表层。含沙量平面分布南低北高，浅 水区明显大于深水区。湾内底质以粉砂为主，中 值粒径在 0.016 5 0.032 mm。利用潮流计算结 果，可分别计算每对应时刻的含沙量分布，图 4 和 图 5 为涨潮含沙量分布和落潮含沙量分布。 由图中可以看出湾内含沙量大于湾口以外深水 海区，沿岸浅水区含沙量高于离岸深水海区，第一 港池外含沙量高于码头掩护区内，码头附近海区的 落潮含沙量大于涨潮含沙量。与实际观测南低北 高、落潮大于涨潮和浅水明显大于深水区的含沙量 分布的定性定量资料基本吻合。因此，该模型能够 应用于潮流泥沙计算。 3模型应用 将该模型应用于拟建的锦州港第三港池 15 万吨 级油品码头工程。通过数学模型的模拟，研究了工 706 6 期 图 3模型验证潮位、流速、流向逐时曲线 400.00 300.00 200.00 100.00 流向 / 22246810121416182024 0.80 0.60 0.40 0.20 实测值 计算值 22246810121416182024 流速 /m s-1 0.80 0.60 0.40 0.20 22246810121416182024 流速 /m s-1 400.00 300.00 200.00 100.00 流向 / 22246810121416182024 4.00 2.00 水位 /m 22246810121416182024 4.00 2.00 水位 /m 22246810121416182024 0.80 0.60 0.40 0.20 实测值 计算值 22246810121416182024 流速 /m s-1 400.00 300.00 200.00 100.00 流向 / 22246810121416182024 400.00 300.00 200.00 100.00 流向 / 22246810121416182024 4.00 2.00 水位 /m 22246810121416182024 4.00 2.00 水位 /m 22246810121416182024 4.00 2.00 水位 /m 22246810121416182024 4.00 2.00 水位 /m 22246810121416182024 0.80 0.60 0.40 0.20 实测值 计算值 22246810121416182024 流速 /m s-1 0.80 0.60 0.40 0.20 22246810121416182024 流速 /m s-1 400.00 300.00 200.00 100.00 流向 / 22246810121416182024 400.00 300.00 200.00 100.00 流向 / 22246810121416182024 0.80 0.60 0.40 0.20 22246810121416182024 流速 /m s-1 李大鸣 等：考虑波浪辐射应力的潮流泥沙数学模型 707 33 卷海洋通报 图 4模型验证涨潮含沙量分布 图 5验证模型落潮含沙量分布 表 1葫芦岛波浪要素表 重现期波要素SSE 50 年 H4%（m）4.43.5 T （s）6.76.8 140 120 100 80 60 40 20 0 020408060100 距离 /100 m 140 120 100 80 60 40 20 0 020408060100 距离 /100 m 图 6油品码头设计方案 程建设前后港区附近流场和泥沙淤积的变化情况， 及泥沙骤淤现象。在考虑波浪作用时，采用的波浪 要素见表 1。 该工程设计方案为，在二港池西临堤规划集装 箱堆场东南围埝，沿管线带以与北向夹角 150向 东南延伸 198 m，再向南转 32延伸 181 m，接悬 浮式输油码头；港池开挖区位于码头以西，航道以 与北向夹角 150向东南延伸，以与二港池进港主 航道 30交角回入主航道。工程建设后，港池、航 道均开挖至-13.5 m 水深，开挖范围为 15 万吨级油 品码头工程附近的回转区和连接原航道的引航道， 航道与北向夹角约为 155简易图见 6。 3.1潮流计算 考虑两种情况，纯潮流计算和风作用潮流计算。 其中风作用潮流计算，根据实测资料，锦州港附近强 风向出现在 N 和 SW 向，由于 N 向风来自陆地，对 锦州港附近海区影响较小，所以潮流模型中主要考 虑 SW 向强风作用，风速为 13.9 m/s。着重分析研 究港池和航道内的工程前后潮流场各物理量的变 化，在港池和航道中布设 10 个特征点，见图 7。 无风作用下，工程实施后，在工程附近约 1 公 里范围内的局部海区流态变化显着，工程掩护区、 开挖区流速降低，码头港池中受到工程掩护和开挖 水深的影响，流速明显减小，特征点上流速、流向 计算结果列入表 2，加密区涨、落潮流场见图 8、 图 9。有风作用下，在开阔海域风对潮流作用明 图 7港池、航道中特征点位置 80 75 70 65 60 55 50 80 距离 /100 m 7570656055504540 航道 港池 708 6 期 图 9落潮流场 图 8涨潮流场 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 距离 /100 m 908055506560757085 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 距离 /100 m 表 3风作用潮流计算各特征点流速流向 表 2纯潮流计算各特征点流速流向 点号 涨潮落潮 工程前工程后工程前工程后 流速/ m s-1 流向/ 流速/ m s-1 流向/ 流速/ m s-1 流向/ 流速/ m s-1 流向/ 10.336326.80.041320.00.301152.30.031147.1 20.294324.90.066323.10.264151.70.051154.7 30.313324.20.077322.20.283151.30.063161.7 40.329327.10.071315.40.294152.70.057142.2 50.327326.70.103320.00.297152.80.088148.3 60.340335.30.148346.60.313154.60.138165.5 70.386337.80.328339.10.369187.00.299159.0 80.425339.10.294342.70.428183.80.267169.4 90.459341.00.385347.40.491182.60.423172.0 100.305344.60.239351.80.354184.10.293181.3 点号 涨潮落潮 工程前工程后工程前工程后 流速/ m s-1 流向/ 流速/ m s-1 流向/ 流速/ m s-1 流向/ 流速/ m s-1 流向/ 10.336326.80.085102.90.301152.30.118111.3 20.294324.90.141106.80.264151.70.198118.2 30.313324.20.164105.80.283151.30.232119.2 40.329327.10.12195.00.294152.70.188109.5 50.327326.70.14496.00.297152.80.251114.2 60.340335.30.12848.90.313154.60.261129.7 70.386337.80.198347.00.369187.00.460140.6 80.425339.10.198359.10.428183.80.406138.9 90.459341.00.431349.50.491182.60.401148.7 100.305344.60.3555.20.354184.10.227136.5 显，顺风向流速增加，逆风向流速减小，流向向风 向方向偏转；近岸或狭窄海区风对潮流作用小于开 阔海域，但由于近岸海区潮流流速较风速小很多， 流向与风向很接近，特征点上流速、流向计算结果 列入表 3。 3.2泥沙计算 泥沙计算中，考虑 3 种情况，纯潮流作用下 的泥沙回淤、常年风浪作用下的泥沙淤积和波浪 作用下的泥沙骤淤。分别计算各特征点上年淤积 强度，以及港池和航道区年淤积量。 纯潮流作用下，以潮流场计算成果为基础计算 含沙量分布，模拟特征潮作用下一年内海床的演变 形态，预计工程后的泥沙年淤积强度势必会增加， 其中港池内靠岸区域和航道深水区的流速较大，来 沙较多，年淤积强度相对较高。计算结果显示，工 程前，特征点上最大年淤积强度为 0.020 m/a （ 1、 4 号点 ） ，港池航道年淤积总量为 0.922 万 m3。工 程后，特征点上最大年淤积强度为 0.217m/a （10 号点 ） ，港池航道年淤积总量为 10.096 万 m3。与预 计结果相似。港池、航道年淤积量见表 4。 锦州港海区常年受风浪作用，据统计 SE 向 5 908055506560757085 李大鸣 等：考虑波浪辐射应力的潮流泥沙数学模型 709 33 卷海洋通报 级风一年中发生约 100 天，考虑风对水流产生的切 应力，采用风生流和风成浪两种水动力运动模式， 风切应力公式和风成浪计算方法参考 1.2.3 中的内 容，波浪掀沙采用佐藤 田中公式。较之与无风状 态下，年淤积强度将更高，且由于风浪作用方向为 SE 向，航道首当其冲为港池提供了一定的掩护作 用，其年淤积强度比港池高。工程后特征点上年最 大淤积强度为 0.372 m/a （ 10 号点 ） ，发生在深水航 道区。港池航道淤积量见表 5。 波浪作用下泥沙骤淤计算，工程后，50 年一 遇 S向波浪作用下，特征点上最大淤积强度为 0.068 m/3d （ 7、10 号 ） ，骤淤强度分布见图 10； 50 年一遇 SE 向波浪作用下，特征点上最大淤积强 度为 0.073 m/3d （ 10 号 ） ，骤淤强度分布见图 11。 港池靠近岸边，受航道掩护作用明显，骤淤量较 小，而航道深水区位于敞开海域，受到波浪的直接 影响，骤淤量较大。在泥沙骤淤计算中，考虑码头 建设后的工程环境，分别计算在以上波浪要素连续 作用 3 天后的累计淤积情况，见表 6。 3结论 本文建立了海岸河口地区波浪作用下二维潮流 泥沙数学模型，包括基本方程、边界条件、模型方 法。将波浪作用概括为波浪辐射应力，添加到潮流 方程中，挟沙力考虑波-流共同作用，分析它对潮 流场的影响。在泥沙扩散方程中引入紊动水流项， 更为全面地考虑了各因素的影响，合理地选择了泥 沙参数，根据锦州港海区实测水文泥沙资料，对模 型进行了充分验证，验证结果良好。 在此基础上，模拟了码头工程前后的流场，预 测了工程引起的港池航道的淤积强度及骤淤风险。 计算结果表明： （ 1 ） 在无风作用下，工程建设后 港池、航道内的流速明显变小，流向变化则较小； 在 SW 向强风作用下，在港池区，涨潮流稍有逆风 向，流速减小，流向由北向东偏转；落潮流稍显顺 风向，流速增大，流向向东稍有偏转。在航道上， 浅水区航道与港池区受风作用的影响相似，深水区 航道涨潮流速增加，落潮流速减小，流向均向东偏 转。 （2 ） 工程建设后，年平均淤积强度约为 0.20 m/a，全年淤积量约 0.20 m/a，50 年一遇 S 表 4纯潮流作用下港池、航道年淤积量统计 工况部位 面积 /km2 年淤积强 度/m a-1 年淤积量 /万 m3 年淤积总量 /万 m3 工程前 港池0.3520.0190.669 0.922 航道0.1580.0160.253 港池0.3520.1936.794 10.096 航道0.1580.2093.302 工程后 图 1050 年一遇 S 向浪作用时骤淤强度分布 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 距离 /100 m 908055506560757085 入射波高 4.1 m 入射波向 S 单位 （m/3day） 表 6港池、航道 3 天骤淤量统计 工况部位 面积 /km2 年淤积强 度/m a-1 年淤积量 /万 m3 年淤积总量 /万 m3 港池0.3520.0572.0063.096 航道0.1580.0691.090 50 年一遇港池0.3520.0381.3382.128 SE 想波浪航道0.1580.0500.790 50 年一遇 S 向波浪 表 5风浪作用下港池、航道年淤积量统计 工况部位 面积 /km2 年淤积强 度 m a-1 年淤量 /万 m3 年淤积总量 /万 m3 工程前 港池0.3520.0752.640 3.635 航道0.1580.0630.995 工程后 无风 港池0.3520.1936.794 10.096 航道0.1580.2093.302 工程后 SE 风浪 港池0.3520.2619.187 14.843 航道0.1580.