Rouse方程在河口海岸地区的应用.ppt

1、热烈欢迎各位老师莅临指导,近岸细颗粒泥沙垂线分布及输运分析,答 辩 人: 朱文谨 指导教师: 李瑞杰,二九年五月,Rouse方程在河口海岸泥沙输运 过程中的应用,汇报人：朱文谨 2009.12.26,前言 迄今为止，用于研究悬沙浓度分布的理沦主要有扩散理论、混合理论、能量理论、相似理论及随机理论，各种理论从不同的角度出发，得出了许多的成果。通过对各种理论的综合分析发现，各种理论虽有所不同，但就其最后所得结果来看，都重新得到或接近扩散方程的形式，往往只是扩散系数不同而已。这一认识就使得在河口海岸地区细颗粒泥沙的悬浮主要是受紊动作用为主时，研究中直接应用扩散理论。Rouse方程是应用最为广泛的扩散

2、理论。,对Rouse方程两边取对数后：若在双对数坐标系中绘出悬沙浓度垂向分布曲线，其斜率即为悬浮指标。时钟和陈沈良曾通过大量实测资料在双对数坐标系统中拟合出悬沙垂向分布曲线，得到悬浮指标，再求出泥沙沉降速度。,目前Rouse方程在河口海岸地区的应用,1、泥沙浓度垂线分布 2、悬沙沉降速度,河口海岸悬沙输运主要特点 1、很多验证结果表明，如果泥沙颗粒较细且含沙量较小时，Rouse公式与实测资料比较符合；但如果颗粒较粗或含沙量较大时，计算结果与实测资料有较大的偏差，究其原因可能是没有考虑泥沙间的相互碰撞影响。 2、在河口地区因为密度的分层，垂向扩散复杂。 3、河口海岸地区的水体不仅受到风场、柯氏力

3、和上游径流的影响还受到潮汐、波浪等 海洋动力因素的影响。（动力因素多，非恒定）。 4、河口海岸泥沙存在絮凝现象。 Rouse方程成立的前提 1、紊流混合长度理论中的一些假设（包括流速对数分布等）。 2、泥沙质量扩散系数与水流动量交换系数相等。 3、泥沙沉速不随水深变化，为常数。 4、垂向时均流速为0 。,传统Rouse方程在河口海岸地区的适用性,目前Rouse方程应用中的不足:1、确定沉降速度时常常对Rouse方程本身的适用条件分析较少，造成 对野外监测数据 的筛选不严格，从而使得对得出的泥沙沉降速度的可靠性产生质疑。,2、Rouse方程的出处来自方程：没有考虑随时间变化的 ，若将Rouse方

4、程直接用于整个潮周期可能会带来一定的误差。,多元线性回归分析是多元统计分析中一种比较经典的方法，它通过一组预测变量(自变量)来预测一个或多个响应变量(因变量)，使用多元线性回归分析方法预测后，因变量的预测值及变化趋势能够为管理者提供决策支持的理论依据。影响泥沙垂线浓度的参量很多，有动力因子的影响，也有泥沙本身特性的影响。泥沙垂线浓度的分布可以看作是自变量“各动力因子”和“泥沙特性”共同作用的结果，“各动力因子”和“泥沙特性”对泥沙垂线浓度的影响程度以及它们之间的相互关系对泥沙的垂线浓度分布至关重要。因此，可以采用回归方法分析“各动力因子”和“泥沙特性”对泥沙垂线浓度的影响程度以及它们之间的相互

5、关系。,基于Rouse方程的泥沙垂线浓度回归分析,多元线性回归,将泥沙浓度看作是“随机变量” .自变量选择参照以下几个原则： 1)每层泥沙浓度受到上层的泥沙沉降以及下层泥沙的紊动扩散影响下，每层的泥沙浓度与相邻层的泥沙浓度存在很好的相关性，对海安湾大小潮期间的各层泥沙浓度作相关性分析，同样存在很好的相关性,表3.1 各层泥沙浓度相关性,2)参照Rouse方程的形式将垂线泥沙浓度表示为：,现采用2008年5月份琼州海峡海安湾6个实测点（如图3.3所示）的泥沙垂线浓度进行相关分析。分析结果如图3.4所示。,图3.3 海安湾海域概况及水文测站位置,计算的结果可见，采用式(1)给出的形式因为比原Rou

6、se方程多出了两个可调系数，计算结果的精度有所提高，但相关系数说明了计算结果仍然需要进一步提高。,影响泥沙垂线浓度分布的因素有很多，除了上述两个因素外，有学者通过实验还发现泥沙浓度沿垂线的变化规律与紊动强度变化规律一致，泥沙粒径对泥沙浓度垂线分布产生一定的影响，泥沙浓度与流速和流速梯度之间也存在内在联系。此外，实际近岸水域的水动力场为不同时空尺度物理量的耦合（主要是波浪和潮流）驱动，考虑到在实际测量的垂线各层流速均是各动力因素综合作用的结果,只要充分运用实测的与流速数据就可以间接的反映波浪的作用以及波浪和潮流的共同作用。以流速为例，实测流速的大小不仅反映了动力强弱也反应了水流所处的阶段（涨潮、

7、落潮或者憩流），这对于进一步修正Rouse方程有着重要的意义。增加自变量：,小结Rouse方程是目前使用最为广泛的扩散理论之一，常用来确定泥沙浓度垂线分布以及泥沙的沉降速度。Rouse方程成立的条件很苛刻，在河口近岸水域复杂动力下的使用有着非常严格的限制，往往在不明确流速垂线分布之前，它们的使用也只能限制在风浪较小，没有密度分层的区域，且水流接近稳定时。在河口海岸地区确定细颗粒泥沙的浓度垂线分布时能够依赖的基本理论并不多，研究中需借助泥沙运动力学理论及其它方法将Rouse方程进一步推广。将泥沙浓度看作“随机变量”，借助Rouse方程的线性形式以及近岸泥沙输运特性选取自变量，采用多元线性回归的方法分析各自变量对泥沙浓度的影响给出了垂线泥沙浓度的计算公式，采用两种显著性检验的方法检验了选取的自变量对于泥