透水桩柱丁坝水动力特性——数值模拟研究

第一章 绪论

第二章 研究进展

2.1 沿岸流

2.2 海岸透水丁坝

第三章 波生沿岸流的数值模拟

3.1 背景介绍

3.2 研究方法

3.2.1 SWASH相位解析波流数值模型

3.2.2 一维相位平均的波流数值模型

3.2.3 实验室实验

3.3 模拟结果

3.3.1 V91实验

3.3.2 H01_6N实验

3.3.3 H73_W实验

3.3.4 R97实验

3.4 沿岸流模拟结果分析

3.4.1 沿岸流的垂向结构对比分析

3.4.2 SWASH模型与一维模型的对比

3.5 结果讨论

3.6 本章小结

第四章 透水丁坝水动力特性的数值模拟

4.1 背景介绍

4.2 研究方法

4.2.1 SWASH波流模型

4.2.2 误差评估函数

4.2.3 物模实验设置

4.2.4 数值实验设置

4.3 模拟结果

4.3.1 无丁坝工况

4.3.2 长丁坝群

4.3.3 短丁坝群

4.4 结果讨论

4.4.1 平均波高

4.4.2 平均水面η

4.4.3 沿岸流速V

4.4.4 横向流速U

4.4.5 沿岸流量(q)

4.5 本章小结

4.6 本章附录

第五章 透水桩柱丁坝平面布局对沿岸流的影响

5.1 研究背景

5.2 研究方法

5.2.1 透水丁坝的设计要素

5.2.2 数值模拟实验

5.3 模拟结果

5.3.1 Hulsbergen和ter Horst的实验

5.3.2 Trampenau等的实验

5.4 丁坝平面布局的影响

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

2.1沿岸流

由斜向入射波破碎产生的沿岸动量通量导致的沿岸方向流动的水流被定义为沿岸流[6-8]。最早对沿岸流研究的回顾工作由 Galvin 和 Eagleson6]与Basco~8]开展。沿岸流和相关的沿岸泥沙输运在海岸剖面演变和海岸线变化中起到重要作用。沿岸流理论的发展始于辐射应力概念[的提出C10.11],并在此基础上不断完善。基于辐射应力概念的沿岸流理论具备沿水深平均和波浪周期平均的性质,但无法解析得到波浪周期内的瞬时沿岸流速度和沿岸流速度的垂向剖面。在稳态条件下,沿岸流驱动力辐射应力由底部摩擦力和侧向摩擦力平衡。然而,由于缺乏不同水动力条件下的沿岸流数据，阻碍了发现新现象与验证新理论的进展。

Basco指出，至今尚未得到被普遍接受的用于计算现场观测的时均沿岸流的时间分辨率。这使得现场测量的沿岸流数据在空间和时间上呈现出变化的特点，从而引发了如何正确使用现场数据验证理论模型和确定模型系数的讨论。因此，在使用现场观测的沿岸流数据时，需要特别注意用于计算时间平均值的时间分辨率。此外,在比较实验室测量的沿岸流数据时,还应分析沿岸流的沿岸均匀性。由于沿岸流的产生与发展受限于波浪港池的几何形状，且易受到港池中再循环水流的影响1],因此这些因素对沿岸流均匀性的影响也需要加以考虑。目前,高精度和高分辨率的沿岸流测量数据非常有限，这仍然是实现沿岸流的可靠预测与精确验证时需要面临的挑战。

……

作者通过书写本书，回顾了透水桩柱丁坝这一传统的海岸防护工程建筑物在欧洲与国内的应用历史，分析了透水桩柱丁坝的优缺点。透水桩柱丁坝兼具海岸环境友好与防护海岸侵蚀的优点，并且建造与改造灵活，更加适应未来海平面上升的挑战。作者运用高精度的数学模型，进一步揭示了透水桩柱丁坝的水动力特性，并对比了透水桩柱丁坝的不同设计要素对缓流功能的影响，提升了对透水桩柱丁坝缓流功效的认知。研究成果可为透水桩柱丁坝的设计提供理论依据与科学参考。