沙质海岸具有丰富的自然资源和优美的风光,是人类生活的聚居地。近年来,人们对沙质海岸的开发利用日益频繁。人工建筑物的出现打破了沙质海岸原有的动力平衡,加剧了海岸地形的演变。沿岸输沙是影响沙质海岸长期地形演变的重要因素。因此,建立能合理地反映沿岸输沙分布特征的数学模型,研究人类活动影响下沙质海岸地形演变的规律具有重要意义。为了克服传统一线模型的不足,本文在提出具有横向分布悬移质沿岸输沙率公式、建立波浪与水动力实时耦合波生沿岸流数学模型的基础上,建立了非结构化网格海岸地形演变的二维数学模型,并应用于人工建筑物影响下沙质海岸沿岸输沙和地形演变规律的研究。具体的研究内容和结论如下:(1)基于能量原理建立了悬移质沿岸输沙公式,该公式可以描述沿岸输沙的横向分布。收集了大量观测数据率定公式中的能量传递系数。提出了破碎波能量传递系数与Dean数之间的关系。将公式的计算结果与野外观测数据进行比较,结果表明本文建立的公式能较合理地反映不同波浪条件下沿岸输沙的横向分布规律。(2)将本文建立的悬移质输沙公式沿破波带积分获得总沿岸输沙,收集了高质量的观测数据,对该公式以及工程中常用的总沿岸输沙公式进行比较评价。结果表明本文提出的公式、van Rijn公式和《港口与航道水文规范》公式的计算结果与实测数据具有较好的一致性。(3)将波浪模型SWAN和近岸流模型FVCOM进行实时耦合,建立了平面二维波生沿岸流数学模型。模型综合考虑了波面水滚、波浪引起的水平掺混和波流共存时底部切应力的影响。对水滚能量传递系数α和波浪引起的水平掺混公式中的经验系数λ进行敏感性分析,并基于数值实验的结果,给出了经验系数的推荐取值。收集了实验室和现场波生流的观测数据检验模型的合理性。结果表明,模型能较为合理地反映近岸波浪的传播变形以及沿岸流的分布规律。(4)基于有限体积法,建立了非结构化网格平面二维海岸地形演变数学模型。该模型由波浪模型、近岸流模型、泥沙输运模型和地形演变模型四部分组成。泥沙输运模型综合考虑了底坡对推移质输沙的影响、波浪破碎对悬移质输沙的影响和波浪上爬带沿岸输沙的作用。地形演变模型采用有限体积法求解泥沙的质量守恒方程。收集了防波堤影响下海岸地形演变的物模实验验证模型的合理性。结果表明,模型能较合理地描述防波堤周围的地形演变。(5)应用建立的海岸地形演变数学模型,研究了广东惠来电厂防波堤工程实施前后靖海湾的沿岸输沙和岸线演变规律。防波堤工程实施前,靖海湾湾顶海域的净沿岸输沙方向为自东向西,湾顶处于侵蚀状态。防波堤工程实施后,湾顶海域的净输沙方向变为自西向东,使得该区域出现了显著的泥沙淤积。卫星遥感图像与模拟结果的比较表明,模型较为合理地反映了靖海湾岸线演变的规律。