海岸及近海工程读书心得.docx

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海岸及近海工程读书心得

短暂而精彩的《海岸及近海工程》这门课程结束了，我们在这门课程的学习过程中收获颇丰。

郑院长从总体上介绍了海岸及近海工程的发展近况，并重点详尽的讲解了“长江口深水航道的治理”以及“洋山港工程”的建设情况。

陶爱峰老师介绍了“波浪基础理论与畸形波现象”；张弛老师介绍了“海岸泥沙运动与地貌形态演变”；王岗老师为我们介绍了一种以前从未接触过的现象“水工建筑物与水体的共振”；邵宇阳老师介绍了“关于泥沙认识与研究”。

老师们都结合自己目前的科研方向，向我们深入浅出的讲解的学科前沿的动态。

我本人也结合自己的兴趣阅读了一些关于泥沙运动以及河口治理方面的文献，本文下面将介绍一下我在阅读文献中的一些心得体会。

文献一中国海洋大学岳娜娜《离岸人工岛对沙质海岸的影响研究》

1主要内容

该论文结合的工程实例是海阳人工岛。

海阳人工岛拟建于海阳市凤城区海阳港以西，属于旅游观光性质，其北侧1.5km处有著名的万米海滩和林海桃园湿地公园等旅游景点。

该论文引入了关于人工岛的两个建设方案，在现场底质取样结果、区域底质粒径分布、水深测量结果和风况等实测数据和历史资料的基础上，利用ECOMSED模型模拟了人工岛周边海域潮流场、正常天气及各向典型大风天气下悬浮泥沙分布及海底蚀淤变化情况，根据模拟结果对人工岛建设对沙质海岸的影响进行了不同方案下的对比研究。

主要研究内容包括：

I搜集、整理了区域内底质、水深地形、风况等实测资料和历史资料，为模型中条件输入提供基础性资料，并对本文所采用的ECOMSED模型进行了详尽介绍；

n对研究区潮流场进行了模拟、验证及分析；

皿分析了研究区正常天气及各向典型大风天气悬浮泥沙的分布特征；

IV对研究区正常天气及各向典型大风天气

海底蚀淤进行了模拟研究

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图1-1a地理位置

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1-1b地理位置

2研究方法

本研究采用ECOMSED莫式作为人工岛对沙质海岸影响研究的数值模拟物理原型。

ECOMSED

是一个模拟水动力、波浪和沉积物输运的三维数值模型，由不同功能的多个模块集合而成。

本研究调用其水动力模块ECOM模拟研究区的动力场条件，并结合其物质输运模块SED对该海域的冲淤趋势进行预测。

我们重点介绍一下ECOMSE莫型。

ECOM

（EstuarineCoastalandOceanModel）是在

著名的海洋水动力模型POM（Princetonoceanmodel）的基础上发展而来，适应用于河流、堤坝、河口海岸或湖泊等浅水环境的一个三维水动力模型。

上世纪90年代，有关粘性泥沙输运、再悬浮及沉积固结的模块（Lick，etal.，1984）被引入到模型中来发展为ECOMSE［模型。

到了近代，ECOMSE己经发展到包括非粘性泥沙输运、质点追踪模型、波浪模型等的一个完善的数值模拟模式。

它已被成功地用于了海洋、海岸和河口水域的数值模拟研究中，证明了其可以较好的模拟真实世界的物理过程。

ECOMSE模型包括水动力模块ECOM以及物质输运模块SED两个部分。

ECOM模型从原始奈维-斯托克斯方程出发，以自由水位、三方向速度分量、温度、盐度、密度和代表湍流的两个特征量为预报变量，对海洋非线性动力过程进行刻画。

SED模型是基于沉积动力学的物质输运数值模拟系统，它包含了粘性和非粘性沉积物的输运、沉积及再悬浮过程，因而可以计算出分层深度内的悬浮泥沙浓度，使得模型模拟的结果更为精确。

其中，对非粘性泥沙的输运、沉积及再悬浮过程采用的是VanRijn模式，而对于粘性泥沙的再悬浮、沉降、堆积等过程则是采用Gailani等人的研究成果。

完整的ECOMSE［包括以下几个模块：

水动力模块、泥沙输运模块、风驱波浪模块、热通量模块和粒子示踪模块。

通过一个成熟高效的界面，ECOMSE也耦合了HydroQual的水质模型，RCAECOMSE的模块可以从内部联接，根据用户的需要关闭或打开；也可以从外部联接各模块，如水动力模块可以独立运行，输出的信息保存在一个独立的文件中，泥沙模块利用先前保存的信息也可独立运行，水质模块，RCA也可这样。

下面我根据本专业的需要分别详细介绍ECOMSED模型中的水动力模块、泥沙输运模块。

（1）水动力模块

水动模拟为水质要素输运算子提供平流和扩散信息。

ECOMSE可以使用内部或外部水动力信息，当选择内部水动力项时，ECOM水动力模块，构建入ECOMSED与泥沙和示踪算子并行运行。

ECOMSE外部模块选项允许模型使用以前产生的水动力信息（以计算机文件形式储存），泥沙和示踪输移的模拟通过读水动力信息文件来完成。

（2）泥沙输运模块

ECOMSE可以模拟粘性和非粘性泥沙的输移，粘性泥沙，由粘土、粉砂和有机物质组成，其再悬浮、沉积和输运用SED模块模拟。

非粘性泥沙，主要是细砂，使用vanRijn程序（vanRijn,1984）计算。

底床屏蔽的影响也引入了非粘性泥沙的输运模拟。

这里床砂质的输移没有被考虑，因为它不会明显影响水体的光学性质。

泥沙输移模块可以预测下列时空分布：

①粘性与非粘性沙的悬沙浓度；②沙床高程的变化；③沙-水界面通量；④沙床组成的变化。

模块输入：

沙床性质的空间变量，河流流量或开边界形式

（潮位、流速）的泥沙时间变量。

禾I」用ECOMSE模型，文章建立了潮流数值模型和泥沙输运模型，根据本地区的水文气象资料输入初始条件进行模型验证。

对方案一和方案二分别进行了人工岛海域潮流场变化研究、悬沙分布研究、蚀淤变化研究。

3结论与讨论

我们可以得出这样的结论方案二中人工岛的建设对沙质海岸造成的影响综合来看要小于方案一，从万米沙滩的稳定与质量及海岸防护的角度出发，方案二是较为适宜的方案。

由此来看，从人工岛的合理设计与布局入手来减小对原海岸环境平衡的破坏，亦是一个可行的方法。

4存在的问题

虽然上述分析在一定程度上表现出模型的有效性，但仍存在不少问题，需要在以后的工作中进一步解决。

（1）本文只对正常天气和各项典型大风作用下的悬沙分布及海底蚀淤变化进行了初步讨论

和分析，但是这还远不能对其进行彻底解释，应对其较长时间尺度内的综合作用下所造成的影响等问题进行更深层次的研究，从而最大程度的贴近实际情况。

（2）为提高对研究区泥沙运动规律认识的准确性，需要加强收集多而全的现场观测资料，一方面分析总结海岸泥沙的运动特性；另一方面可以利用这些资料对模型进行校验和检验。

文献二羊大学张伟《威海湾岸滩整治

工程的水动力及冲淤环境研究》

1主要内容

该文应用ECOMSED数值模型模拟了研究区水动力及冲淤环境现状，在模拟结果与现状基本吻合的情况下，预测了岸滩整治工程初始设计方案建成后引起的水动力及冲淤环境的改变，并引用SilvesterandHsu静态平衡岬湾海岸理论，对预测的冲淤结果及岸线稳定性进行验证。

在此基础上，将静态平衡岬湾海岸理论用于指导工程设计，优化了原有方案。

进而应用数值模拟的方法预测优化后的工程方案建成后引起的水动力及冲淤环境的变化。

威海湾位于山东半岛北岸，隔北黄海与辽东半岛相望。

湾口北起北山嘴，中经连林岛、黄岛、刘公岛、大红、小红等岛礁，南迄鬼子头。

湾口被刘公岛分为南、北两口，北口宽1600m，水深6〜28m无暗礁，是主航道；南口又被日岛分为南、北水道，北水道宽1388m，水深6〜15m威海湾以旗杆嘴又可分为南湾和北湾，北湾即狭义的威海湾，位于威海市中心东侧，建有商港；南湾称为杨家湾。

威海湾口西北侧还有一小湾，即半月湾，与附近的牙石岛、小黄岛、青岛构成优美的旅游景区。

研究区位于威海湾南部杨家湾内，其西北侧约5.2km为威海市区，东北侧临近威海新港，主要有长峰河和九龙河两条入海河流（见图2-1）。

区内有威海公园、海上公园等多处旅游景点，其中海上公园包括游乐园、人工湖、奇石园、森林生态园、海水浴场、九龙湾旅游度假区六个部分。

图2-1研究区位置及调查站位图

3研究方法

3.1本文采用ECOMSED数值模型进行模拟。

前面已经详细介绍，在此不再赘述。

3.2静态平衡岬湾海岸理论

根据海岸的稳定性，岬湾海岸可分为：

静态平衡海岸、动态平衡海岸和不稳定海岸。

优势波到达静态平衡岬角海湾时，在湾外发生同步破碎，沿岸输沙几乎为零，海岸在大风作用下会发生短暂变化，但不会引起长期的侵蚀或淤积，总体呈现稳定状态。

在自然环境中，静态平衡的湾岸通常由弯曲的砂质岸线、人工或天然的礁岩或岬头组成。

绝大多数岬湾海岸具有不对称的形状，其主要特征表现为由上游弧形阴影区、相对弯曲的过渡区和下游相对平直的切线区组成（图3-1）。

波浪由外海向海岸传播，根据波峰方向将会在岬头发生衍射，从而改变沿岸输沙的方向，营造出良好的岬湾海岸。

3.2.1原理

波浪进入浅水区后，由于波浪前进方向与岸线斜交或海底地形的起伏变化，都会随着水深的减小而使波浪传播速度改变在一个波峰线上，有些段运动速度快，有些段运动速度慢，波峰线发生弯曲，产生波浪折射。

在平直海岸，海底等深线与海岸线大致平行，当波浪从深海向岸传播，其波峰线与岸线斜交，近岸的一段波峰线先进入浅水区，传播速度减慢，波浪发生折射，波峰线与岸线的夹角逐渐变小，趋向与岸线平行，波浪作用能量降低。

在弯曲海岸带，水下地形等深线的走向与岸线走向一致，波浪从外海垂直岸线向岸边传播，当进入浅水区时，由于海底地形不平而影响海水深度变化，使同一波峰线运动速度发生改变，波峰线发生弯曲，产生波浪折射。

在突出的岬角处，波浪集中，波能增大，发生侵蚀，海湾处波能降低，发生堆积。

322经验公式

目前主要存在三种静态平衡岬湾海岸模型，其中Hsu和Evans的抛物线型湾岸模型因考虑了上游岬角与波浪绕射的影响，而得到广泛认可（图3-2）。

其经验公式如下：

式中，3为优势波波峰线在波浪发生衍射的上游控制点处与控制线的岬角；R3为上游控制点和下游控制点的距离；0n为波峰线在上游控

制点处与湾岸上任意点的夹角；Rn为与0n对应的湾岸上任意点到上游控制点的距离；3个C常数与卩有关，由以下3个表达式确定：

图3-2抛物线型湾岸模型及其参数示意图

本文利用ecomsED型以及静态平衡岬湾海岸理论，对研究区水动力和冲於现状进行数值模拟。

并对原方案提出了方案优化，并进一步的对优化方案进行水动力和冲於环境数值模拟，在此不再赘述。

4结论及建议

应用ECOMSED^值模型模拟威海湾水动力环境的结果表明，涨潮中间时威海湾主流向为偏SW向，落潮中间时主流向为偏NE向，涨落潮最大流速发生点均位于刘公岛西端。

受日岛阻挡，日岛西侧海域潮流流速较小。

威海湾水动力现状模拟结果与以往资料基本吻合

优化的方案建成后的冲淤环境模拟结果表明，在NW向大风作用下，研究区东部存在一处明显冲刷区，冲刷量较大。

工程建成后，建议对该处岸线采取一定的措施进行适当防护，避免进一步冲刷，保持岸线的稳定。

两篇文章里都用到了ECOMSE数值模型，在接下来的学习过程中可以进进一步的了解掌握这个数值模型。

期望对我们的学习生活会带来应有的帮助。