[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

说明书

本发明公开了一种模拟强潮河口湾人工岛作业区港池航道回淤的方法，采用水流泥沙互馈计算模式，采用随地貌变化和潮位变化的变糙率建立水流数学模型；计算不同潮位下代表波辐射应力；优化人工岛平面形态；进行波浪、潮流、径流输沙耦合模拟；最后统计回淤量。本发明的方法波流泥沙数学模型构建过程针对半封闭强潮河口湾离岸人工岛海岸岸线曲折、潮汐强进出潮量巨大、潮滩宽广地貌复杂、旋转流作用下的潮流强、受波浪影响大、泥沙运动受波流共同作用的独特动力地貌特点，考虑随地貌变化和潮位变化的变糙率以及不同季节径流输沙的影响，能够适应与满足不同地貌形态的强潮河口湾人工岛作业区港池航道回淤模拟的要求。

技术领域

本发明涉及人工岛回淤模拟方法，特别是涉及一种强潮河口湾人工岛作业区港池航道回淤模拟方法。

背景技术

河口湾是河口海岸地区发育的众多形态各异海湾中重要的一类，其形成与地质地貌条件、水动力条件等多因素密切相关，这些控制因素相互制约同时又相互转化，在人类开发干预下往往严重影响海湾的演变趋势与滩槽稳定性。利用海湾潮滩围垦是历史上强潮河口湾开发的重要方式，过量的围垦往往不仅使得海湾面积急剧减少，还因减少纳潮量致使海湾淤积明显。为科学合理地利用海岸资源，国内外强潮海湾常在充分考虑水动力环境特征的基础上因势利导并实施相应的整治工程。为保护天然岸线，将海岸利用过程中的生态损失降到最小，离岸人工岛围填目前已成为世界主流。由于动力地貌特征复杂，强潮河口湾人工岛围填势必会使湾内水动力环境发生改变，进而可能影响其滩槽稳定。因此，有必要系统研究强潮河口湾水沙运动过程、滩槽形成与稳定机制，通过数学模型模拟和动力地貌分析评估人工岛作业区港池航道的回淤。

半封闭强潮河口湾波浪作用一般较强，波浪潮流共同作用是湾内泥沙运动的主要动力。尤其是面对海峡的强潮河口湾还因旋转流作用而潮流较强，强潮流作用下深槽发育，涨落潮流路分离，发育有拦门沙。受入湾河流输沙以及强潮汐作用影响，这类海湾通常发育面积宽广的潮滩，因而海湾地貌复杂多变，其动力地貌特征要远复杂于一般的大陆海岸。对于拟人工岛围填的半封闭强潮河口湾海区，首先要在动力地貌特征和海床演变等专业分析的基础上明确拟围填人工岛位置，通过潮流模型优化围填方案，最后从对周边滩槽的影响和进出潮量影响等角度判断人工岛围填适宜性。判断人工岛围填适宜性一条重要原则是对周边潮量和滩槽稳定影响最小。现有关于人工岛围填水动力地貌研究一般多为针对粉沙淤泥质平原海岸、沙质海岸，缺少模拟半封闭强潮河口湾人工岛作业区港池航道回淤的方法。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中缺乏模拟半封闭强潮河口湾人工岛作业区回淤的方法的问题，提供一种强潮河口湾人工岛作业区港池航道回淤模拟方法。本发明针对了该类海岸岸线曲折、潮汐强进出潮量巨大、潮滩宽广地貌复杂、旋转流作用下的潮流强、受波浪影响大、泥沙运动受波流共同作用的独特动力地貌特点，考虑随地貌变化和潮位变化的变糙率以及不同季节径流输沙的影响，能够适应与满足不同地貌形态的强潮河口湾人工岛作业区港池航道回淤模拟的要求。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

步骤一、根据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；

所述基本控制方程包括水流连续方程、动量方程；

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；