近岸地区在潮流和波浪的作用下,泥沙运动过程复杂,尤其在风暴潮期间,受台风浪的影响,会引起剧烈的泥沙输移和岸滩侵蚀,给海岸带环境造成严重的破坏。风暴潮过程中水流流态复杂、具有强非恒定性,床面会在短时间内发生剧烈冲淤,悬沙浓度高且随时空变化显著,水流运动、泥沙输移和地形冲淤三者之间相互影响,其耦合作用不能完全忽略。因此,本文建立了考虑波、流共同作用的水动力-泥沙-地形耦合数值模型,模型首先分别采用非静压波浪数学模型和位相平均的SWAN模型来考虑波浪的效应,进而在水动力模块中考虑床面冲淤变化及其引起的泥沙浓度变化对挟沙水流运动的影响,以实现对水流运动、泥沙输移和地形冲淤变化三个物理过程的耦合计算。论文分别采用多个典型案例对两种不同波流耦合模式下的水-沙-床耦合模型进行了验证,并将其应用于墨西哥湾Santa Rosa堰洲岛,计算分析Ivan风暴潮漫滩冲刷引起的泥沙输移和地形冲淤演变过程。主要研究成果及结论如下:(1)非静压水-沙-床耦合模型通过考虑垂向加速度变化对动水压强的贡献,对流速和水位进行修正,以体现波浪对水流和泥沙运动的影响,同时考虑了波浪破碎引起的湍流混合。与基于静压假定的模型相比,非静压水-沙-床耦合模型能够更好地模拟波浪、洪水波传播过程中水面非线性波动现象和床面冲淤变化规律。动水压强主要分布在床面冲刷坑处,极值出现的位置与水面波动位置对应,动水压强是水流在竖直方向上运动的主要因素;当水跃发生时,水跃处的动水压强为静水压强的2-3倍;对比基于静压假定的模型和非静压水-沙-床耦合模型的床面计算结果,二者差异主要存在于动水压强集中的地方。(2)位相平均的水-沙-床耦合模型通过考虑波浪的辐射应力以体现波浪对水流和泥沙运动的影响,模型能够有效模拟近岸地区水流、泥沙运动与地形的冲淤演变。计算表明,波浪对地形演变的作用受到风暴潮潮位的影响,当潮位较小时,波浪会造成床面的显著变化,斜向入射波会使得床面冲淤呈现出明显的不对称性,当风暴潮潮位增加使得水深与波长之比大于0.15时,波流耦合模型计算的地形冲淤变化与不考虑波浪作用模型计算结果的绝对误差是最大地形变化的5%,但前者计算时间增加了 一倍。(3)风暴潮对Santa Rosa堰洲岛漫滩冲刷过程可以分为近岸冲刷、前部沙丘冲刷、整体漫滩冲刷三种情况。对于地势平坦的地形,泥沙更易被大量输运至堰洲岛后方海域,形成三角洲;而对于前后均存在沙丘这样发育良好的地形,泥沙流失显著少于其他地形,对近岸起到更好的保护作用。在Santa Rosa堰洲岛漫滩冲刷过程中,堰洲岛后方海域内最大淤积深度达到2m,岸线最大后移距离达到300 m,模拟所得3处决口区域与实际测得的决口情况相符。非静压水-沙-床耦合模型和位相平均的水-沙-床耦合模型计算得到的床面演变结果基本一致。