基于ADCP的長江口水沙運動分析及三維水流數(shù)學(xué)模型.pdf

1、本文旨在根據(jù)ADCP水流實測資料及懸沙含量實測資料,并結(jié)合三維水流數(shù)學(xué)模型,對長江口水流泥沙運動規(guī)律進行研究.針對河口水流運動特性,采用ADCP實測水流資料對長江口水流運動規(guī)律進行研究分析.首先介紹了ADCP水流測量的原理及方法,并探討ADCP的誤差控制;研究了ADCP水流實測數(shù)據(jù)的處理方法,本文所用水流資料為ADCP的文本數(shù)據(jù)文件;根據(jù)ADCP實測水流資料,利用水文學(xué)、泥沙運動力學(xué)、河流動力學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計相結(jié)合的方法,對長江口水流運動規(guī)

2、律進行研究;基于河口水流運動特點,研究長江口水流環(huán)流形成的機理,并研究主要的影響因素;科氏力、徑潮流相互作用及鹽水入侵導(dǎo)致的密度梯度是形成環(huán)流的主要原因.根據(jù)ADCP實測流量數(shù)據(jù),采用三種不同的處理方法,對長江口橫斷面流量分布規(guī)律進行了分析,單寬流量分布與河道斷面形態(tài)較為一致,同時也發(fā)現(xiàn)地形變化對流量分布有很大影響.單寬流量在一定程度上能反映水流與河床邊界的相互作用、相互適應(yīng)的辨證關(guān)系,反映斷面上單寬水體所具有的動量大小,可表征水流運動

3、強度的動量,更能直接地反映水流對河床的動力作用.采用ADCP實測水流資料與懸沙含量實測資料相結(jié)合的方法,對長江口懸沙運動進行分析.懸沙運動模式與水流基本一致,也存在三種懸沙輸移環(huán)流模式.在徑潮流作用相對均衡的河口段,存在表層向海、底層向陸的垂向懸沙環(huán)流,北側(cè)進沙、南側(cè)出沙的平面懸沙環(huán)流以及表層向南、底層向北的橫向懸沙環(huán)流.分析了潮流量與輸沙率之間的關(guān)系.以水流運動的基本假定為基礎(chǔ),分析Navier-Stokes方程,Reynolds方程

4、及紊流模型,利用牛頓流體的應(yīng)力與應(yīng)變的本構(gòu)關(guān)系,推導(dǎo)挾沙水流時均運動方程;從曲線網(wǎng)格生成技術(shù)入手,探討控制函數(shù)的構(gòu)造形式,應(yīng)用Poisson方程變換建立正交曲線坐標(biāo)系下的二維和三維水流數(shù)學(xué)模型;根據(jù)所建立的三維水流數(shù)學(xué)模型,對長江口水流進行模擬計算.除了采用常用的水位、定點流速及垂線流速驗證外,采用ADCP實測資料進行驗證,包括斷面流速、流量等.利用統(tǒng)計模型、方差分析模型與回歸分析模型,對計算值與實測值進行相關(guān)性檢查,探討兩者之間線性關(guān)