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海岸带柔性植被对极端风暴潮动力衰减规律研究

2020-12-02阅读(540)

海岸带柔性植被对极端风暴潮动力衰减规律研究

论文摘要

当前我国所面临的风暴潮和台风浪等自然灾害形势依然复杂严峻,沿海防灾减灾能力仍需得到进一步切实提高。在此背景下开展生态植被护岸工程的相关研究工作,对于提升防灾减灾能力、提高生态承载能力以及筑牢生态安全屏障都具有十分重要的意义。为切实保障生态植被护岸的实施效果,有必要深入研究生态植被受力运动特性以及消能原理。与此同时,准确掌握高重现期风暴极端水位这一最基本工程设计与安全参数,也可为研究风暴期间完全淹没状态下的植被减灾功能提供技术支撑。因此针对海岸带柔性植被所引起的极端风暴潮动力衰减规律的研究具有重要的理论和现实意义。本文从风暴潮水位以及波浪这两个主要河口海岸动力因素出发,针对海岸带柔性植被衰减波浪及波浪增水的关键问题进行探索和研究。论文首先对径流影响显著的河口地区极端水位进行准确预测研究,其次建立波浪与柔性植被相互作用的耦合模型,进而分析柔性植被对波浪以及波浪增水的衰减规律。论文采用理论分析、数值模拟以及物理模型实验等方法,研究了海岸带柔性植被对极端风暴潮动力衰减规律的相关技术问题,研究的主要内容和结论有:（1）针对极端潮位受径流影响显著的河口地区,引入上游径流量作为概率分析参数,研究并建立了长江口风暴潮各驱动要素的概率模型。同时建立了多因素驱动下长江口二维双向耦合大小嵌套水动力数值模型。提出了河口地区基于改进JPM-OS-Q模型的极端风暴潮计算方法,并验证了所提方法在长江口代表站点预测结果的合理性与准确性。最后基于改进JPM-OS-Q模型研究并揭示了海平面上升对极端风暴潮具有显著非线性影响的规律。（2）提出了模拟柔性植物的力学模式,构建了近岸浅水区波浪作用下柔性植被受力运动数学模型。进而提出了XBeach相位解析与相位平均波浪模型中柔性植被消浪作用的计算方法,并对XBeach两类波浪模型进行了改进和二次开发应用。同时开展了柔性植被消浪的物理模型实验研究,基于实验结果以及文献实验数据验证了所建模型的可靠性。物理模型实验与数值模拟研究均表明柔性植被可显著衰减波高以及波浪增水,柔性植被对于极端风暴潮动力衰减的作用不容忽视。（3）揭示了波浪作用下单根柔性植被受力和运动特性,指出相对淹没度、波高、波周期、拖曳力系数和植被弹性模量对柔性植被受力运动具有显著影响,并分析讨论了各单一因素的影响机理。研究了波浪要素和柔性植被特性对波浪衰减的影响规律,揭示了单根柔性植被受力大小对于植被消浪的重要性,并在此基础上进一步分析了植被分布密度、植被区域长度和植被弹性模量的影响。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 前言
  •   1.2 研究现状
  •     1.2.1 不同重现期风暴潮极端高水位的预测方法研究
  •     1.2.2 水生植被环境下波浪衰减研究
  •   1.3 本文工作
  • 第二章 基于改进JPM-OS-Q模型的河口地区极端风暴潮计算方法研究
  •   2.1 研究区域
  •   2.2 水动力数值模型建立及验证
  •     2.2.1 模型简介
  •     2.2.2 模型建立
  •     2.2.3 模型验证
  •   2.3 JPM-OS-Q模型改进及其应用
  •     2.3.1 JPM-OS-Q模型简介
  •     2.3.2 模型参数统计分析
  •     2.3.3 模拟样本生成
  •     2.3.4 极端水位模拟结果
  •   2.4 海平面上升情景下极端水位模拟结果
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 浅水波浪与柔性植被相互作用数值模型
  •   3.1 柔性植被受力运动模型
  •     3.1.1 受力分析
  •     3.1.2 控制方程
  •     3.1.3 数值求解
  •   3.2 浅水波浪与柔性植被耦合模型
  •     3.2.1 XBeach相位解析模型
  •     3.2.2 XBeach相位平均模型
  •   3.3 模型验证
  •     3.3.1 单根柔性植被受力运动验证
  •     3.3.2 平坡植被水域波浪传播验证
  •     3.3.3 斜坡植被水域波浪传播验证
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 柔性植被受力运动及消浪规律研究
  •   4.1 单根柔性植被受力运动对各影响因素响应规律研究
  •     4.1.1 相对淹没度
  •     4.1.2 波高
  •     4.1.3 波周期
  •     4.1.4 拖曳力系数
  •     4.1.5 植被材料密度
  •     4.1.6 植被弹性模量
  •   4.2 柔性植被水域波浪传播规律研究
  •     4.2.1 植被分布密度
  •     4.2.2 植被区域长度
  •     4.2.3 植被弹性模量
  •   4.3 本章小结
  • 第五章 结论与展望
  •   5.1 主要结论
  •   5.2 研究创新
  •   5.3 研究展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 作者简介

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 殷锴

    导师: 徐宿东

    关键词: 柔性植被,波浪衰减,极端水位,联合概率,长江口

    来源: 东南大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 海洋学

    单位: 东南大学

    分类号: P75

    DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.004011

    总页数: 121

    文件大小: 21445k

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