引入波浪漫滩边界的近岸海域悬沙输运数值模式及其应用

波浪漫滩是水陆分界线随波峰向岸推进、随波谷向海回退的现象。近年来国际上的研究表明，波浪漫滩对近岸水动力有重要影响，它更是近岸泥沙侵蚀、搬运和地貌演变的重要机制，波浪漫滩区是近岸泥沙输运的一个峰值区。.本项目针对目前近岸海域悬沙输运数值模式没有考虑波浪漫滩边界的缺陷，结合理论分析、水槽港池物理模型实验和数值模拟，建立波浪漫滩区波动平均悬沙输运计算模型，该模型根据波浪要素、海底参数、悬沙粒径可以比较方便地计算波浪漫滩区悬沙输运及其与邻近海域的悬沙交换；将该模型引入近岸海域悬沙输运数值模式，并考虑波浪漫滩区与邻近海域的悬沙交换，建立波浪、流场和波浪漫滩边界共同作用的悬沙输运数值模式。波浪漫滩对我国海岸悬沙输运有多大贡献？目前也缺乏研究。本项目以海口湾为例，进行波浪、流场和波浪漫滩边界共同作用的悬沙输运数值模拟，定量估算波浪漫滩对近岸悬沙输运的贡献。

（1）通过水槽实验和海口湾现场观测，进一步认识了波浪漫滩的水动力和悬沙运动特征。海口湾波浪漫滩区悬沙浓度高、随机性强的特征极为显著。.（2）建立可见光遥感资料反演水陆分界线、潮间带地形和水下地形模型，通过历史卫星遥感资料分析，初步给出了近20年来海口湾海滩冲淤特征。.（3）在Boussinesq方程水动力数值模式（FUNWAVE-TVD）中建立了悬沙输运计算模块；推导建立了波浪漫滩区波动平均悬沙输运积分方程（WAISES），并根据FUNWAVE-TVD模式数值模拟结果初步确定了WAISES方程中悬沙浓度和悬沙输运通量的参数化计算方案。.（4）建立包含波浪漫滩边界水沙交换通量（EWSS）的近岸流场和悬沙输运方程，并且证明EWSS与波浪漫滩区波动平均水动力积分方程（WAIHES）和WAISES方程相关项的一致性，根据WAIHES和WAISES方程提供EWSS的参数化计算方案。.（5）在SHORECIRC模式中引入EWSS、WAIHES和WAISES，并由REF/DIF模式计算波浪，得到波浪、流场和波浪漫滩边界共同作用的近岸海域水动力和悬沙输运数值模式。.（6）基于水槽实验结果提出波浪破碎临界区概念，建立新型拍岸浪统计计算模型；将它与能谱海浪模式SWAN嵌套，建立了SWAN-SMSURF模式，适用于大范围海浪和拍岸浪计算。.（7）在自适应曲线网格二维流场和悬沙模式中引入波浪漫滩边界，并与SWAN-SMSURF耦合，建立了高效计算的波浪、流场和波浪漫滩共同作用的近岸海域水动力和悬沙输运数值模式（NSSS-SWASH）；提出了物质对流扩散的混合N阶Lagrangian插值Eulerian-Lagrangian计算方法，并引入到NSSS-SWASH模式的悬沙输运计算；发展了物质和水体长期输运分离理论，用于NSSS-SWASH模式的水体和悬沙长期输运特征分析。.（8）利用NSSS-SWASH模式，建立了海口地区波浪、流场和波浪漫滩共同作用的水动力、悬沙数值模式，并进行海浪、潮汐、流场、风暴潮和悬沙数值模拟，初步研究表明，平常天气的波浪漫滩向海滩搬运泥沙，风暴潮漫滩则侵蚀海滩。.（9）本项目发展的遥感分析技术和数值模式已用于3个近岸海洋预报系统开发。