[发明专利]一种强潮河口湾人工岛作业区港池航道回淤模拟方法

权利要求书

1.一种强潮河口湾人工岛作业区港池航道回淤模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、根据人工岛作业区水下地形实测资料及相关水文资料，选取坐标系和基本控制方程，建立二维平面潮流数学模型并进行数值求解；

其中，人工岛作业区选取地质基础稳定、呈淤积态势的海床；避开深槽，走向顺应涨落潮主流向；

所述基本控制方程包括水流连续方程、动量方程；

二维平面潮流数学模型采用随地貌变化和潮位变化的变糙率建立，所述变糙率采用基本糙率和水深调节糙率相加的方法确定；水下地形根据水深调节糙率，即计算糙率a₁为基本糙率，a₂为调节糙率，h为水深；低潮位基本糙率为0.015，高潮位时基本糙率为0.013；

步骤二、建立波浪数学模型，计算不同潮位下代表波的辐射应力；根据实测资料，换算得出不同浪向所占比重，根据波浪数学模型计算所考虑的不同浪向在高、中、低潮位下的波要素，并通过线性插值得出其他潮位下的波要素，根据波浪要素计算波浪应力；

步骤三、根据数学模型模拟结果，优化人工岛作业区平面形态；

以潮流矢量在潮量断面的法向分量计算某一时刻的潮量，一个潮周期中潮量的累加为进出潮量，根据潮位升降，分涨落潮量分别统计；根据工程前后主要断面进出潮量变化，分析人工岛作业区的水动力环境影响；使工程断面涨落潮平均进出潮量变化小的平面形态即为优化的人工岛作业区平面形态；

步骤四、根据入湾径流实测输沙量，分洪水、中水和枯水统计各自平均含沙量；径流输沙与潮流耦合计算采用洪、中、枯季加权所得；径流、潮流耦合后的结果再叠加波浪作用，分径流、潮流作用以及径流潮流叠加波浪作用分别模拟，最终的模拟结果进行加权求和；

步骤五、利用GIS工具计算敏感区面积，统计回淤量，并进行滩槽稳定评价及机理分析；

所述敏感区根据水下地形高程参数、潮流流速流向参数、工程地质参数确定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，二维平面潮流数学模型的基本控制方程如下：

水流连续方程：

ξ方向动量方程：

η方向动量方程：

式中，t表示时间；g为重力加速度；ρ表示海水密度；ξ、η分别表示正交曲线坐标系中二个正交曲线坐标；u、v分别表示沿ξ、η方向的流速；h表示水深；H表示水位；C_ξ、C_η表示正交曲线坐标系中的拉梅系数；

σ_ξξ、σ_ξη、σ_ηξ、σ_ηη表示紊动应力；

ν_t表示紊动粘性系数，ν_t＝C_μk²/ε，采用k-ε模型计算ν_t；v_t＝αu_*h，α＝0.5～1.0，u_*表示摩阻流速；

波浪底质点速度u_w,v_w采用式(6)计算：

L_w表示波长，T_w表示波浪周期，H_w表示波高，u_w,v_w分别表示波浪底质点速度，B表示波浪与潮流相互影响系数，当波、流同向时B＝0.917，当两者互相垂直时B＝-0.198，当方向不定时，B＝0.359；

S_ξξ、S_ξη、S_ηξ和S_ηη表示波浪辐射应力张量的四个分量，表达式为：

其中，H_w、θ分别表示波高和波向，C、C_g分别表示波速和波群速。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤四中，含沙量数学模型的基本控制方程如下：

悬沙不平衡输移方程：

非均匀悬移质按其粒径大小分成n₀组，S_L表示第L组粒径含沙量，P_SL表示此粒径悬沙含沙量所占的比值，则：

针对非均匀悬移质中第L组粒径的含沙量，二维悬移质不平衡输沙基本方程为：

式中，表示第L组泥沙的挟沙能力，ω_L为第L组泥沙的沉速；α_L为第L组泥沙的含沙量恢复饱和系数；

海域泥沙沉速受含氯度影响，含沙量验证计算表明，用式(12)计算沉速，当ω_L小于0.015cm/s时，ω_L取絮凝后沉速0.015cm/s，当ω_L超过0.015cm/s时，则采用式(12)计算值；

床沙级配方程：

其中，E_m表示混合层厚度；P_mL0表示原始床沙级配，P_mL表示床沙级配；当混合层在冲刷过程中波及到原始底床时，ε₁＝0，否则ε₁＝1；

床底变形方程：

床底总冲淤厚度