(9.2.3A)
9.3 计算模式
9.3.1 依据计算域地形特征、工程方案要求等情况,可采用垂向坐标变换法、流速分解法、分层二维法、过程分裂法、边值模型法、破开算子法、谱方法、解析法等任一计算模式进行计算。
9.3.2 垂向坐标变换法的计算模式可按附录D执行。
条文说明
三维潮流泥沙数值模拟的垂向坐标变换法的计算模式是目前使用最为广泛的一种模式,使用该模式可按附录D执行。在附录D的垂向坐标变换法中采用了潮流运动服从静水压强分布和潮流底沙输沙量可忽略不计的假定。
9.4 计算域的确定及网格剖分
9.4.1 计算域的确定原则应符合本规程第8.4.1条的规定。
9.4.2 根据计算域地形特征、工程方案计算要求等进行垂向分层和平面网格剖分,平面可采用矩形网格或三角形网格,剖分原则应符合本规程第8.4.2条的规定。垂向分层可根据试验要求、水深及工程性质确定,可分5~10层。
9.5 初始条件和边界条件
9.5.1 初始条件可按下列各式确定:
ζ(x,y,t)|t=0=ζ0(x,y) (9.5.1-1) u(x,y,z,t)|t=0=u0(x,y,z) (9.5.1-2) v(x,y,z,t)|t=0=v0(x,y,z) (9.5.1-3) w(x,y,z,t)|t=0=w0(x,y,z) (9.5.1-4) s(x,y,z,t)|t=0=s0(x,y,z) (9.5.1-5)
式中ζ0、u0、v0、w0、s0——分别为ζ、u、v、w、s初始条件下的已知值。 9.5.2 固边界的边界条件可按下列方法确定: (1)法向流速为零:
??V?n?0 (9.5.2-1)
(2)法向泥沙通量为零:
?s??0?n (9.5.2-2)
9.5.3 水边界的边界条件可按下列方法确定:
(1)潮流运动用已知潮位或分层流速(分量)过程控制:
ζ(x,y,t)|Γ=ζ*(x,y,t) (9.5.3-1)
45
或
*??u?x,y,z,t?|??u?x,y,z,t??*??v?x,y,z,t?|??v?x,y,z,t? (9.5.3-2)
(2)分层含沙量按入流、出流两种情况控制:
①入流时:
s(x,y,t)|Γ=s*(x,y,z,t) (9.5.3-3)
②出流时:
?s?s?un??0?t?n (9.5.3-4)
式中Γ——水边界;
ζ——相对于某一基面(一般指坐标系原点所在基面)的潮位; ζ*——ζ的已知值; u*、v*——u、v的已知值; s*——s的已知值; un——边界法向流速。
9.5.4 水面边界条件可按下列各式确定:
?u?0?z (9.5.4-1) ?v?0?z (9.5.4-2) ??????w??u?v?t?x?y (9.5.4-3)
?s?0?z (9.5.4-4)
9.5.5 床面边界条件可按下列各式确定:
??u?x?z?Nz (9.5.5-1)
?fs?Dz?y?v??z?Nz (9.5.5-2)
?h?hw??u?v?x?y (9.5.5-3)
??????1???e?M???????e?s??Dz??fbsb??0?d????e?z?????s????1???dfbb?????d?? (9.5.5-4)
? 式中τx、τy——分别为?沿x、y向的分量;
h——相对于某一基面(一般指坐标系原点所在基面)的水深。 9.5.6 当计算域内存在大面积潮间浅滩时,宜采用动边界技术处理露滩问题。
46
9.6 基本参数的确定
9.6.1 Nx、Ny、Dx、Dy宜采用试验或经验公式确定,可取50~500m2/s。 9.6.2 Nz、Dz宜采用试验或经验公式确定,Dz可取Nz的值。 9.6.3 τ、τx、τ
y
可按下列各式确定:
(9.6.3-1)
(9.6.3-2)
(9.6.3-3)
式中 、 ——分别为u、v的垂线平均值; fb——底摩擦系数,fb=g/c2,
。
9.6.4 τd,τe,M与底质密实度、底质粒径等因素有关,可由试验确定,当缺乏试验资料时也可根据经验选取,最后经验证计算确定。 9.6.5 有效沉速可由试验及计算确定。
条文说明
9.6.1 潮流水平紊动粘性系数Nx、Ny和泥沙紊动扩散系数Dx、Dy一般来说是时空变量,但其时空变化量很小,可以忽略,通常近似取为常值。
9.6.2 潮流垂向紊动粘性系数Nz和泥沙垂向紊动扩散系数Dz是三维潮流泥沙基本方程中十分重要的量,Nz可采用Munk型公式、VanRees型公式、混合长理论型公式等经验公式确定,在泥质海岸河口,悬沙颗粒很细,含沙量不大,Dz与Nz量值相近,可取同一数值。
9.7 验证计算及精度控制
9.7.1 验证计算应通过参数和边界条件的调整,使模拟计算结果与实测结果基本相符。
9.7.2 验证计算应包括下列内容: (1)潮位过程线;
47
(2)分层流速、流向、含沙量过程线; (3)垂线平均流速、流向、含沙量过程线; (4)流速、流向、含沙量的垂向分布; (5)底床冲淤变化。
9.7.3 潮位、分层流速、流向、垂线平均流速、流向的验证计算精度与本规程第4.6.6条的要求相同;含沙量变化及分布趋势应与实测一致。 9.7.4 验证计算应对流速场和含沙量场进行合理性分析。
9.7.5 底床冲淤变化验证中,计算与实测平均冲淤厚度偏差应小于30%,并应使床面冲淤部位及冲淤趋势相似。
9.8 方案计算
9.8.1 方案计算的内容和要求除满足本规程第8.8节的要求外,还应给出流速、流向、含沙量的空间分布,比较方案的优劣。
9.9 成果分析
9.9.1 成果分析内容和要求除满足本规程第8.9节的要求外,尚应分析工程方案实施后的流速、流向、含沙量的垂向变化及其对工程的影响。
10.1 基本资料
10.1.1 应满足本规程第6.1节的要求。其中水下地形图的图比可采用1∶10000~1∶50000。
10.1.2 应有计算域内突堤、丁坝或丁坝群平面布置图。
10.1.3 应有计算域内的主要入海河流的输沙量;人工补沙或人工采沙的位置和数量。
条文说明
10.1.1 本条中包括进行波浪泥沙数值模拟时的波浪资料。波浪泥沙数值模拟对波浪资料输入的顺序很敏感,采用定时长期连续波浪观测资料可使数值模拟的结果更近于实际。因此,应尽量采用“长期连续波浪观测资料”。
沿岸输沙和岸滩演变计算的时间跨度一般较长,故本条文中要求连续波浪序列的长度一般不宜少于一年。
10.2 基本方程
10.2.1 一线模型可按下列基本方程控制:
48