冲泻区形态动力学耦合模型研究Ⅰ:分段输沙率公式建立
2018-12-07蒋昌波杨树清
邓 斌 ,蒋昌波 ,杨树清 ,陈 杰
(1.长沙理工大学 水利工程学院,湖南 长沙 410114;2.水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室,湖南 长沙 410114;3.School of Civil,Mining and Environmental Engineering,University of Wollongong,Wollongong,Australia 2522;4.长沙理工大学 水科学与环境工程国际研究中心,湖南 长沙 410114)
1 研究背景
冲泻区(Swash zone)是沿海周期性受上爬水流覆盖和水流回落后裸露,处于水流爬高最高位置与回落最低位置之间的岸滩,也是海岸带中水动力作用最激烈和泥沙运动最活跃地带[1-2],其水动力和泥沙运动情况对海陆相互作用的强度、海滩剖面变化、海岸线演化、海岸建筑稳定性以及海岸带生物的发育繁殖等起着极其重要作用[3]。已有研究表明,岸滩中大部分的侵蚀和淤积都集中发生在冲泻区[4]。而该区域水深较浅,波浪上爬和回落时间通常较短、水流加速快,现场和实验室观测非常困难[5],对该区域的水动力特性、泥沙输运过程的研究十分欠缺,深入开展相关研究十分必要。
国内外很多学者一直致力于波浪作用下输沙模式的研究,建立了许多应用于破碎带泥沙运动的计算模式(详见文献[6-7]),但针对冲泻区复杂非线性水动力作用下的输沙模式则相对较少。冲泻区内的泥沙运动主要呈层移(Sheet flow)形式[8],部分学者基于恒定流简化冲流过程建立了应用于冲泻区的泥沙输运公式,一定程度上解释了岸滩响应关系。如:Nielsen[9]基于能量的河流泥沙输运公式,提出了可描述水流加速影响下的悬移质泥沙输运模型,并预测了冲泻区内的泥沙输移。Butt[10]认为在波浪反射较大的情况下,采用能量公式预测冲泻区内的泥沙输移不一定准确,在充分考虑冲泻区冲流紊动和床面渗透性基础上建立了冲泻区泥沙输运概念模型。……
