渗流影响下的沙质岸滩演变规律及其数学模型研究

渗流是控制岸滩表面泥沙侵蚀或堆积的重要因素之一。本研究从自制水槽实验和波浪水槽试验入手, 对出渗水流作用下的泥沙起动特性和渗流影响下的泥沙运动及岸滩演变开展实验研究，得到波浪-岸滩地下水-泥沙运动三者之间的内在联系。在此基础上，建立相应的考虑岸滩上地下水的入渗、出渗过程及其与破碎波、冲流之间的相互作用的波浪-岸滩地下水-泥沙运动的三维多相流数学模型，更加全面的揭示近岸地区岸滩演化发展规律，为海岸工程建设提供科学依据。

渗流是控制岸滩表面泥沙侵蚀或堆积的重要因素之一。本研究从自制水槽实验和波浪水槽试验入手，通过PIV、剖面流速仪、高速摄像等现代测试手段对出渗水流作用下的泥沙起动特性和渗流影响下的泥沙运动及岸滩演变开展实验研究，结合理论分析和数字模拟技术，取得以下成果：1）出渗能促进床面泥沙起动，床面输沙率随出渗强度的增大而增大；在渗流不断增大的过程中，床面出现了由平整状态变为细小沙纹，再变为沙垄最后又恢复至平整状态的变化过程；2）揭示了渗流影响下不同坡度和床沙组成下岸滩剖面演变规律、岸滩剖面分形规律及泥沙分选作用与床沙级配变化规律；3）对床面泥沙进行受力分析，在前人的基础上重点考虑非恒流作用下产生的垂向流速、渗流流速、坡度等影响因素，提出了修正的有效希尔兹参数，最终建立更适应于冲泻区泥沙运动的输沙模式，探讨了波浪—岸滩地下水—泥沙运动三者之间的内在联系；4）在实验研究和理论分析基础上，①建立相应的考虑岸滩地下水的入渗、出渗过程及其与破碎波、冲流之间的相互作用的波浪—岸滩地下水——泥沙运动的多相流数学模型；②基于非线性浅水方程和床面变形方程，考虑冲泻区内不同输沙模型、床面剪切应力和冲流入渗/出渗影响效应，建立了更全面的冲泻区水动力及其岸滩形态动力学模型。在本项目资助下，已发表论文36篇，其中SCI检索6篇、EI检索14篇，部分成果获湖南省自然科学奖三等奖1项。依托本项目共培养已毕业研究生13 名，其中毕业获博士学位3名，硕士学位10名，1人博士学位论文获省优秀博士学位论文。