【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水运交通科技领域，涉及预测海床冲淤的动力数值计算方法。
技术介绍
1、工程实施前后的海床冲淤预测问题一直是海床演变学和海岸工程学的关键技术问题，也是港口航道工程师关注的焦点。国内外许多学者通过野外观测和模型研究等手段，围绕海床冲淤预测开展了大量的研究工作，主要的研究方法可分为三类：基于实测资料的经验判断、半经验半理论公式预测、泥沙数学模型预测。由于基于实测资料的经验判断法尚未达到定量标准，半经验半理论公式预测方法的相关参数率定随机性较大，研究成果具有一定的不确定性，泥沙数学模型预测方法耗时长、投入较大，因此，客观上需要研发一种简便高效的海床冲淤预测方法。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：克服以往海床冲淤预测方法不能定量分析、计算耗时长、投入大等不足，提供一种预测海床冲淤的动力数值计算方法，计算效率和精度能满足海床演变分析和海岸工程研究的需要。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种预测海床冲淤的动力数值计算方法，包括以下步骤：
4、步骤1，确定影响海床冲淤演变的主导动力因素：根据研究区域的水深条件、水动力条件、泥沙特性等，确定影响海床冲淤演变的主导动力因素，一般可分为潮流、波浪、波流共同作用等三种情况；
5、步骤2，通过泥沙水力特性试验或文献梳理，确定泥沙的临界起动切应力、临界淤积切应力；
6、步骤3，根据步骤1确定的主导动力因素，建立潮流和(或)波浪数学模型，采用实
7、(jts/t 231-2021)要求后，开展水动力要素数值模拟，给出研究区域的流场和(或)波浪场；
8、步骤4，将步骤3计算的水动力结果代入切应力计算公式，计算研究区域的床面切应力；
9、步骤5，对比步骤2确定的泥沙临界起动切应力、临界淤积切应力与步骤4计算的床面切应力，判断床面泥沙的起动、落淤状况及范围；通常：床面切应力大于泥沙临界起动切应力，泥沙发生起动；床面切应力小于泥沙临界淤积切应力，泥沙发生淤积；
10、步骤6，采用冲淤计算公式计算海床冲淤幅度，分析床面冲淤趋势：根据步骤5确定的海床冲淤趋势，计算海床冲淤，分析床面冲淤趋势。
11、所述步骤1的具体过程为：根据研究区域的水深条件、水动力条件、泥沙特性等，确定影响海床冲淤演变的主导动力因素，一般可分为潮流、波浪、波流共同作用等三种情况。
12、所述步骤2的具体过程为：根据研究区域泥沙水动力特性试验成果或文献整理等手段，确定研究区域泥沙的临界起动切应力、临界淤积切应力；
13、所述步骤3的具体过程为：根据步骤1确定影响海床冲淤演变的主导动力因素，分别建立潮流和(或)波浪数学模型，经过率定和验证后进行前述水动力要素的模拟计算。
14、(1)以潮流作用为主的区域，建立水流数学模型；
15、(2)以波浪作用为主的区域，建立波浪数学模型；
16、(3)波流共同作用为主的区域，需分别建立水流数学模型和波浪数学模型。
17、所述数学模型及波浪数学模型的控制方程及其求解方法，可选用现行相关规范(《水运工程模拟试验技术规范》(jts/t 231-2021))中推荐的方程与求解方法。
18、所述步骤4的具体过程为：将步骤3计算的水动力结果代入切应力计算公式，计算研究区域的床面切应力。床面切应力τb可采用《水力学》教科书或公开发表文献中的经验公式计算，也可根据研究海域的主导动力因素选用以下计算公式。
19、1)仅潮流作用，床面切应力τb可采用以下公式计算：
20、τb＝τc＝ρu*c (1)
21、式中：τc为水流作用下的床面切应力，ρ为水的密度，u*c为水流作用下床面摩阻流速，h为水深，δ为床面粗糙高度，当床面泥沙的中值粒径d50≤0.5mm时，δ＝1mm，当d50>0.5mm时，δ＝2d50，为垂线平均流速，由步骤3所述的水动力数学模型计算。
22、2)仅波浪作用，床面切应力τb可采用以下公式计算：
23、
24、式中：τwm为波浪作用下的床面切应力，fw为波浪摩阻系数，一般的取值范围为0.005～0.02，对于淤泥质海床，一般取0.01，uwm为波浪作用下水底处水质点的速度幅值，其中h为波高，t为波周期，k为波数，k＝2π/l，l为波长；h、t与l由步骤3中的波浪数学模型计算。
25、3)波流共同作用，床面切应力τb可采用以下公式计算：
26、
27、式中：为波流共同作用下，一个波浪周期内床面切应力的平均值。
28、所述步骤5的具体过程为：比较步骤2确定的泥沙临界起动切应力τe、临界淤积切应力τd与步骤4计算的床面切应力τb，判断床面泥沙的起动、落淤状况及范围。通常：床面切应力大于泥沙临界起动切应力，泥沙发生起动；床面切应力小于泥沙临界淤积切应力，泥沙发生淤积。
29、(1)若τb＞τe，床面泥沙起动进入水体；
30、(2)若τb＜τd，水体中泥沙落淤于床面；
31、(3)若τd＜τb＜τc，床面与水体不发生泥沙交换。
32、以或作为海床泥沙发生明显起动或落淤的判断标准，进行海床冲刷或淤积厚度计算，若并且则判断研究区域的海床冲淤相对平衡。
33、所述步骤6的具体过程为：采用冲淤计算公式计算海床冲淤幅度，分析海床冲淤趋势。
34、海床冲淤厚度可采用《海床演变学》教科书或公开发表文献中的经验公式计算，也可根据泥沙运动形式选用以下计算公式：
35、1)泥沙以悬移质运动形式为主的区域
36、(1)床面发生淤积时，淤积厚度按照以下公式计算：
37、
38、式中：ηd为淤积厚度，δtd为淤积时间，k为泥沙落淤概率，cb为底部含沙量，ω为泥沙沉速，τb为床面切应力，τd为泥沙的临界淤积切应力。式(4)中的泥沙落淤概率k可采用以下公式计算：
39、
40、为概率积分函数，可由表2查得；ω为泥沙的沉降速度，σ为脉动流速的均方根，v为断面平均流速，g为重力加速度，c为研究海域的谢才系数。
41、表2概率积分函数取值表
42、
43、(2)床面发生冲刷时，冲刷厚度根据床面性质采用以下公式计算：
44、①若容重为垂向均匀分布的底床，
45、②若容重为自上而下逐渐变大的自然密实底床，
46、式中：ηe为冲刷厚度，δtd为冲刷时间，m为床面泥沙冲刷系数，与泥沙性质有关，α与β为随沉积泥沙结构、密实度等而变的参数，τe为泥沙的临界起动切应力。
47、(3)当τd＜τb＜τc，床面不发生淤本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种预测海床冲淤的动力数值计算方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于：步骤1中所述主导动力因素分为潮流、波浪、波流共同作用。
3.根据权利要求1所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于，
8.根据权利要求6所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于：
9.根据权利要求1所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于：
10.根据权利要求1所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于：
11.根据权利要求10所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于：
12.根据权利要求10所述的预测海床冲淤的动力
13.根据权利要求10所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于，对于泥沙以推移质运动形式为主的区域，床面冲淤厚度选用以下计算公式：
14.根据权利要求12所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于：
15.根据权利要求14所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于：
16.权利要求1所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法的运用，其特征在于：分别运用于潮流作用为主、波浪作用为主、波流共同作用下的海床冲淤预测，以及泥沙以悬移质运动形式为主或泥沙以推移质运动形式为主的海床冲淤预测。
...【技术特征摘要】
1.一种预测海床冲淤的动力数值计算方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于：步骤1中所述主导动力因素分为潮流、波浪、波流共同作用。
3.根据权利要求1所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于，
8.根据权利要求6所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于：
9.根据权利要求1所述的预测海床冲淤的动力数值计算方法，其特征在于：
10.根据权利要求1所述的预测海床冲淤的...
【专利技术属性】
技术研发人员：马兴华，刘红，丁琦，谢婕，
申请(专利权)人：中交上海航道勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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