钱塘江涌潮作用下三维流场的数值模拟研究.pdf

浙江大学
硕士学位论文
钱塘江涌潮作用下三维流场的数值模拟研究
姓名:陈菊芳
申请学位级别:硕士
专业:流体力学
指导教师:王灿星
2012-06-03
摘要钱塘江是浙江省第一大河,其下游杭州湾呈喇叭形与东海相连,是典型的强潮河口。其壮观的涌潮潮景给人们带来了丰富的旅游资源的同时,也带来了如咸潮、污染物扩散等各种灾害,直接关系到沿岸流域内居民生活及生产用水的安全。因此,研究钱塘江涌潮条件下河道内的三维流场特性,为正确采取防治措施,有效保障钱塘江沿岸居民的用水安全提供理论指导,具有非常重要的理论和现实意本文以钱塘江闻堰至仓前河段为研究对象,依据实测的三维地形数据建立三维几何模型,以上游径流量和下游实测潮位作为边界条件,采用P妥纷模拟水流自由表面,对钱塘江涌潮进行了三维数值模拟,并对几个固定监测点的潮位过程进行周期性追踪,结果显示,计算水位与实测数据符合得较好,河道内下河道内流场和潮位的变化。分别对不同径流量、不同潮流量条件下河道内的潮流场进行数值模拟计算。结果表明:受局部特定床底地形条件的影响,不同径、潮流作用下的流场各自呈现出比较明显的三维特征;同时还探讨了不同径流量、不同潮流量下河道内流场的变化规律。关键词:钱塘江涌潮,三维,P停状驳匦危读鳎绷义。流场分布基本符合实际分布规律,表明本文采用的模型可以较好的模拟涌潮条件浙江大学硕士学位论文
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大力资助,深表感谢本文受到国家水体污染控制与治理科技重大专项目编号:
致谢本文是在我尊敬的导师王灿星老师和金晗辉老师的指导下完成的。两位老师无论是在理论还是实践方面都很重视对学生的培养。平时两位老师经常到实验室跟学生进行讨论,及时发现学习中存在的问题,并给与有力的指导,使我们少走了很多弯路,提高了学习效率;他们还积极组织每周学术交流会,同学之间相互讨论交流,相互指出不足的地方,使我们的思维更加全面,也形成了良好的学术氛围;两位老师积极鼓励与支持学生参加各种学术会议,给我们创造与专业领域内其他学者专家交流学习的机会,同时开阔了我们的视野;另外,王老师还经常带领学生去一些行业相关的工厂参观学习,将理论知识与实践联系起来。在生活上,两位老师也给了我极大地关心和支持,在遇到困难的时候总是第一时间从学生的角度出发给予我帮助。在此,我向两位老师致以最崇高的敬意和最衷心的感本文的完成还得到了流体所邵雪明老师、林建忠老师和熊红兵、余钊圣、张凌新、沈新荣、陈丽华、张文普、王小华、王叶龙、麻剑锋等各位老师的大力帮助,在此向各位老师表示衷心的感谢和由衷的祝愿。同时还要感谢我的各位师兄弟刘双来、刘琦、陈苏涛、陈勇、李亮、陈宇辉、曾庆松、王瑞、何超、宋帅、河源、桂荔等,以及流体所的各位同学尹琴、崔阳阳、栾飞舟、洪挺、万军、王宇、汤中彩、刘凯凯等,谢谢你们曾经在学习和生活上给予我的关怀和帮助。最后还要感谢一直以来对我关怀备至和默默支持的我的父母,为了我的成长,你们付出了一切。无论何时何地,你们对我的鼓励和支持都是我努力前进的最大动力,你们的健康和幸福是我最牵挂的事谢陈菊芳年浙江大学硕士学位论文
第一章绪论研究背景,,自富春江水电站以下受潮汐作用为河口区【,习称富春江,全长约,径流作用为主,河床相对稳定;闻家堰至澉浦间为河口段,习称钱塘江,全长约痮读鳌⒊绷鞴餐饔茫河床变化剧烈,河槽极不稳定,溪线摆动频繁,为典型的游荡型河道;澉浦以下为夂1酰俺坪贾萃澹猿绷髯饔梦V鳌】【。钱塘江上游少沙,杭州湾喇叭状的平面形状、潮汐强径流弱、泥沙来自海域这三个特点使钱塘江河口段总体上冲下淤,形成了两种特殊的地貌:从杭州湾一直延伸到河口段下部的涨潮冲刷槽以及堆积在河口段的钱塘江沙坎。在潮汐作用下,泥沙上下搬运,河道演变频繁剧烈。系统淤积导致河床宽浅,流域径流丰枯悬殊,涨、落潮冲刷槽分歧严重,以致主槽无限制地在宽阔的河床上任意迁徙,成为典型的游荡型河口钱塘江的特殊地形恰好符合形成涌潮必需的两个基本条件:杭州湾呈喇叭形平面形状,外口大,内口小,使得潮波能量积聚,潮差增大;由乍浦向上水下沙坎堆积,且水深急剧变浅,为潮波变形提供了足够的条件【。东海潮波由台湾海峡北上经舟山群岛到达杭州湾,由于南北两岸急剧收缩,潮波能量积聚,澉浦站潮差比外口已增大约一倍。从澉浦继续向上,河床迅速抬升,水深急剧变浅,潮波前锋受阻比波峰大,推进速度也比波峰慢,前波遂逐渐变陡,到一定程度形成水面壅高,甚至翻滚掺气,呈现白浪,即钱塘江涌潮G两涌诎断咔鄱变,河床形态复杂,涌潮在传播过程中形成变化多端的涌潮潮景,如“一线潮”、钱塘江是浙江省第一大河,其下游连着杭州湾,水域宽阔,呈喇叭形与东海相连,形成一个典型的强潮河口【。钱塘江全长约,流域总面