[发明专利]开阔水域疏浚吹填泥沙成型的数值模拟方法

权利要求书

1.一种开阔水域疏浚吹填泥沙成型的数值模拟方法，其特征在于：该数值模拟方法采用数值仿真的方法，应用mike21软件进行模拟分析计算，数值模拟采用基于单元中心的有限体积法对二维浅水控制方程进行离散求解；数值模拟模型的空间离散是用有限体积法，将计算区域划分为若干网格，通过控制方程求解将互相重叠的统一体生成离散的网格，采用Mike21里提供的三角形网格进行计算，在mike21水利分析软件中，建立二维水动力模型，然后调用泥沙输运模块，建立整个外部环境的模型，输入外部环境因素的参数进行模拟运算分析，得出目标输出，通过模拟结果和实例分析对比，印证数值模拟计算在疏浚吹填工程中应用的准确性。

2.根据权利要求1所述的开阔水域疏浚吹填泥沙成型的数值模拟方法，其特征在于：根据工程需求，使用者首先选择水动力模块进行水力特性模拟，再选择其中的一个或者几个模块进行模拟得到工程所需数据，若工程需计算海床泥沙淤积，则应首先选着水动力模块对施工海域进行水力特性的模拟，再选择非黏性泥沙模块对其海床的泥沙情况进行模拟，同时引用环境参数，模拟分析得到目标结果。

3.根据权利要求1所述的开阔水域疏浚吹填泥沙成型的数值模拟方法，其特征在于：所述mike21软件进行模拟分析计算的方法为：

模拟目标，根据上述施工目标和施工方法，在模拟前需要对施工目标进行详细分析，明确本次模拟想要得到的结果，设定模拟目标；

模拟固定时间内持续吹填施工情况下，疏浚吹填泥沙在水文和外部因素的影响下，是否能形成一定厚度沙堆；

在确定泥沙能够堆积的情况下，模拟疏浚吹填施工一定时间后，泥沙最终在海床的成型情况；

在确定泥沙形成堆积后，停止砂源供应，模拟已吹填形成的沙堆受水文和外部因素的影响，最终在海床的成型情况；

在形成沙堆后，模拟沙堆附近水域流场情况；

模拟方法，模拟过程采用最不易成型的情况下的环境参数进行模拟，并通过调整可变的施工参数，得出最符合现场要求的施工方法，将根据现场实际情况，分别对施工前后的情况进行模拟，根据船舶施工情况制定施工时间，泥沙的成型情况，后在现有水文条件下，停止砂源，对停工一定时间后，模拟泥沙的运动成型情况，期间调整可变施工参数，进行多次模拟，在确认裸吹可以成堆的基础上，找出最符合目标设定的施工方法；

模型构建，网格生成，由于所模拟的开阔海域，排沙处的流场、泥沙受岸边的影响较小，故将排沙口选在所研究区域中心，即坐标为(0，0)，研究区域为1000m*1000m的四边形海域；

在Mesh Generator模块里导入模型边界线文件，根据实际工程编辑陆地边界线与开边界，在一致流向的海域采用四边形网格，其它区域采用三角形网格，然后在Mesh Generator菜单里选择Smooth mesh，对网格进行平滑处理。

4.根据权利要求3所述的开阔水域疏浚吹填泥沙成型的数值模拟方法，其特征在于：在网格生成后，通过Date菜单Import scatter Date导入地形文件中的离散数据，将网格里的Z值赋予地形高程，再在Mesh菜单栏中选择Interpolate，接受默认值，内插完成后，点击Close，则内插后的网格深度以等高线图显示，并生成.mesh文件。该mesh文件作为Mike21模型模拟的计算基础，海底高程设置为0m。

5.根据权利要求3所述的开阔水域疏浚吹填泥沙成型的数值模拟方法，其特征在于：模型参数的确定：干湿边界设置，本模型采用的是hdry＝0.005m、hflood＝0.05m、hwet＝0.1m；涡黏系数，本模型采用的是Smagorinsky公式，在式中Smagorinsky系数Cs设计推荐值为0.25～1.0中间的值，故取Cs＝0.28；底床摩擦力，本模型的底床摩擦力是利用曼宁数来设定的，底床曼宁系数取为平均值32；CFL数，理论上CFL数<1时，模型便可以稳定的运行，根据工程经验，将CFL数取为0.8；数值模拟的其他自然条件如潮汐、风、冰、渗流等因素对数值模拟的产生的影响非常甚微，故可忽略其他因素对Mike21模型的影响。