柔性植被固沙岸滩冲刷模拟研究

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我国具有绵长的海岸线,风暴潮、台风浪等海洋自然灾害每年造成沿海地区大量财产损失。国家十四五规划对海洋生态环境的治理和海洋防灾减灾提出了新的要求,明确提出加强海岸带综合管理与滨海湿地保护。海岸湿地植被不仅是一种新型的海岸防灾减灾手段,同时也是海岸带生态修复重要环节。进行海岸生态植被护岸相关研究,对我国提高海洋防灾减灾能力、海岸生态环境修复治理水平都具有重要意义。本文采用物理模型实验和数值模型模拟相结合的研究手段,对影响柔性植被固沙岸滩冲刷演变的波浪、植被相关因素进行了逐项分析,揭示了柔性植被固沙岸滩演变规律。研究成果有利于更加科学合理的选择和布置岸滩植被,进而充分发挥海岸湿地植被的防灾减灾效用,为海岸带生态治理和海洋防灾减灾决策提供科学依据。本文的主要工作和成果如下:(1)本文依托于实验室波浪水槽实验,开展了24种不同波况下的柔性植被固沙岸滩冲刷实验,对实验过程中的沿程波高和实验后岸滩剖面地形进行测量。基于实验结果论述了实验中沙坝型剖面和滩肩型剖面的形成过程,分析了规则波波高H、周期T以及水深h等波浪要素改变对柔性植被固沙岸滩冲刷演变的影响,并与光滩实验相对照,进一步分析了柔性植被对岸滩冲刷演变的影响。(2)以物理模型实验的总体布置为基础,建立了XBeach一维模型。以实验结果为依据,对影响植被消浪和岸滩冲淤的关键参数进行了说明和率定,验证结果表明,在本文模型参数设置下,XBeach一维模型可以较好的复演波浪水槽物理模型实验。通过对模型模拟结果和物理模型实验测量结果进行对比,分析结果差异原因,总体结果证明了XBeach一维模型在模拟柔性植被岸滩冲刷演变的可行性。(3)利用率定良好XBeach一维模型,通过对XBeach模型中能量耗散方程的分析,指出与岸滩冲刷演变有关的柔性植被影响因素:高度vh、密度Nv、弹性模量E。采用控制变量法,逐一论述了植被参数改变对柔性植被固沙岸滩冲刷演变的影响,并分析其作用机理。
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