悬沙垂向扩散系数的实验研究

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悬沙的垂向扩散系数研究,涉及到泥沙的淤积和再悬浮,絮凝和泥沙底边界层运动,是河口海岸泥沙运动的重要基础数据和研究的难点,同时也是海洋学家、港口航道与海岸工程师和环境流体力学乃至生物地球化学研究人员共同感兴趣的研究课题,其中影响悬沙垂向分布的悬沙垂向扩散特性尤为重要,对港口选址、航道治理、河口综合开发和整治都具有极为重要的应用价值。本文以长江口原型沙为研究对象,利用河口海岸国家重点实验室的波-流-变坡-泥沙水槽,研究悬沙在水流、波浪作用下的垂向结构特征和泥沙交换过程具有重要的理论意义和应用价值。通过实验及分析获得如下结论:1.二维均匀流平衡输沙时,悬沙浓度垂向分布符合Rouse公式;2.悬沙垂向扩散系数εy正比例于动量扩散系数εm,即εy=αεm,同时确定比例系数α=AeBu?2 A,B为常数,在本文实验条件下,A=0.84,B=0.056;3.在本文实验条件下,悬沙垂向扩散系数的垂向分布可以用抛物线ε=εmax-4εmax(y/h-0.5)2来描述,其中系数εmax可表示为εmax=Cu?2u/h+D,C、D为常数,在本文实验条件下,C=3.1,D=2;4.在波浪作用下平衡输沙时,悬沙浓度的垂向分布趋向于对数分布,可用式S/Sa=A-Lny/h来表达,波浪作用下平衡输沙时悬沙垂向扩散系数的垂向分布,可以用εy=B1ey/(A1h)来描述,其中A、A1、B1为待定常数。
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