波流联合作用下底床切应力测试与研究

Estuary and coast evolution is correlative with sediment transport, which is directly controlled by bed shear stress from water flow action. Wave action and tidal current action which usually coexist are the two major dynamic forces in the system of estuary and coast. Because interaction between wave and current is a nonlinear question, synthetical bed shear stress are not yet perfect.There is not a standard computing fomula for synthetical bed shear stress. Bed shear stress under wave and current action has the following characters such as small quantity,fast changing frequency and so on, additionally effected by bad underwater environment and water surface fluctuation, so there is no effective method to measure bed shear stress under wave and current action.This project plans to use micro-thermal shear stress instrument, which is based on MEMS and Nano-technology, to research on bed shear stress and sediment transport issues under wave and current action in the flume tests. The object of this project is to put forward computing fomula for synthetical bed shear stress under wave and current interaction, then tests on investigating basic characters of sediment transpot will be done. The research results will not only promote subject development on hydrodynamic and sediment transport, but offer key technical supports about sediment siltation forecast in the projects.

河口海岸演变与泥沙运动息息相关，而泥沙运动又直接受制于水流作用于床面剪应力的大小。波浪和潮流是河口海岸动力系统中的两种主要动力，二者通常并存。由于波流叠加属于非线性问题，国内外对于波流共同作用下床面合成剪应力的计算方法研究尚不成熟，业内尚未形成统一计算表达式。波流作用下床面剪应力具有量小、变化频率快等特点，加之水下量测环境恶劣、水面波动等因素影响，长期以来一直缺乏有效可行的量测手段。本项目拟借助基于微纳米技术的微型热敏式剪应力新型仪器，通过室内水槽试验研究波流共同作用下床面合成剪应力和泥沙输移问题，提出波流作用下床面剪应力合成计算方法，从床面剪应力角度来探讨波流作用下泥沙运动基本特性，预期研究成果不仅可以促进波流作用下水沙运动学科发展，也可为工程泥沙回淤预报研究等提供技术支撑。

河口海岸演变与泥沙运动息息相关，而泥沙运动直接受制于床面切应力的大小，因此通过床面切应力来研究泥沙运动基本问题是泥沙运动理论研究的重要途径。受波流环境下作用于泥沙颗粒上切应力量小、变化快、水下量测环境恶劣等原因影响，目前尚未有效探明波流等复杂动力作用下床面切应力的量测与计算方法，一定程度上制约了泥沙运动理论研究的进一步发展。本文利用基于微纳米技术的新型热敏切应力仪，研发智能水体温度控制标定装置，并开展了床面切应力测试与量测试验研究工作。研究结果表明，新型热敏切应力仪响应频率高、稳定性强，量测成果反映了波浪及波流作用下床面切应力变化基本规律，解决了热敏切应力仪在河口海岸应用研究中相关参数确定等问题。在此基础上，提出了波流共同作用下切应力计算方法。结合床面切应力量测分析成果，通过波流长直水槽泥沙输运试验，研究了波浪及波流作用下水动力特性及粉沙质海岸水体挟沙能力、临底含沙浓度和含沙量垂线分布等理论问题，从挟沙水体能量耗散原理出发，提出水体挟沙能力、近底含沙浓度及含沙量垂线分布计算公式。本文研究成果丰富了波流作用下泥沙运动基本规律研究，为复杂动力作用下床面切应力量测和泥沙运动基本理论问题的深入探讨研究提供相关参考，同时也可为河口海岸工程泥沙回淤预报计算等提供技术参考。