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另外一种常用的数值模型,是将礁体区视为多孔介质的方式来模拟珊瑚礁区域海浪和海流特征。另一类是使用专门的珊瑚礁区域的波流运动模型,这一类模型也有不同的处理方法, 如将礁体区视为多孔介质进行空间平均推导得到的该区域的波流运动流体控制方程。具体的数值模拟可根据实际需求和计算能力等条件选择合适的数值模型。
本导则给出将礁体区视为多孔介质的礁体区波流运动流体控制方程,具体如下: 该模型将礁体视为多孔介质,对 N-S 方程进行空间平均推导得到,模型控制方程如式 (A.6)~式(A.7)。该模型能够较好地模拟波浪在礁体区传播衰减的过程。
a ui axi = O + gi 2 ' '2 ui a+ V - auiu銸 axiax銸 ax銸 (A.6)
a ui at + u 銸 a ui ax銸 =- 1 a P p axi - fi (A.7)
式中:
ui ——i(二维问题中 i=1,2;三维问题中 i=1,2,3)方向的空间平均速度; P ——空间平均压力; p——流体密度;
gi——i 方向的重力加速度; V——流体运动粘度;
u i '銸u ' ——空间平均雷诺应力,可采用 k-e 紊流模型求解; fi ——空间平均礁体作用力。
礁体作用力fi可概化为拖曳力项和惯性力项,可分别按式(A.8)和式(A.9)计算其对水体作用的拖曳力和惯性力。
fD = 12 pCDDu u f = pC / m 4 at (A.8)
rrD2 au (A.9)
式中:
fD——拖曳力; f/——惯性力;
CD——拖曳力系数(可根据珊瑚礁特性进行确定); Cm——惯性力系数(可根据珊瑚礁特性进行确定); p——流体的密度,单位为 kg/m3;
D——直径,单位为 m;
u——水流速度,单位为 m/s。
A.4.3 数值模拟结果分析及计算
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采用数值模拟方法评估减灾功能时,应采用真实尺度进行模拟计算,并将模拟得到的待评估珊瑚礁礁坪前后的波高HO和H袀以及评估断面礁坪宽度 袀= 袀v带入到公式(1)(见本文件 6.2.1),即可计算得到波高衰减率Rw袀。 A.5 评估方法的选取
评估方法的选取,应结合区域的现场条件、经济条件、技术设备以及实验条件综合考虑。 在条件允许时,应优先考虑现场观测法直接测量计算风暴潮期间珊瑚礁坪的波高消减率。当条件有限,如近些年没有风暴潮影响评估区域,无法进行风暴潮灾害期间的现场观测式,可采用其他方法;如物理模型实验条件允许,可采用物理模型进行评估,要确保原型礁坪参数与海洋水动力参数真实可靠;当采用数值模拟方法评估时,应注意选取可靠的数值模型、确保珊瑚礁礁坪特征合理准确的参数化。
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参考文献
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T∕CAOE 21.4-2020 海岸带生态减灾修复技术导则 第4部分:珊瑚礁
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