波浪与水流作用下泥沙动力学机制及其掀沙计算

本文主要探讨了泥沙在波浪作用和波浪与水流共同作用下的受力特性，由河海大学交通学院的李增勇教授撰写。作者首先从床面附近泥沙颗粒的运动特性出发，深入剖析了在波浪作用下床面泥沙扬起的动力学机制。他基于已有研究，指出当床面上的沙粒受到大于其水下重力、粒间粘结力以及薄膜水附加压力的上扬力时，会跃起到空中，这个过程需要一定的初始速度，通常通过三种途径实现：跃移运动中的动量传递、局部水流分离引起的动量增加和床面紊动的快速动量传递。 文章详细地介绍了三种泥沙颗粒扬动模式：第一种是沙粒通过跃移运动获得动量并被大尺度的紊动水团携带悬浮；第二种是不平整床面导致水流分离，沙粒在卷起过程中得到大量动量并随之悬浮；第三种是近壁床面的水流紊动突发，使泥沙在上升过程中持续从主流区的大尺度紊动中获取动量，保持悬浮状态。扬动模式Ⅱ和Ⅲ尤其有助于解释淤泥质河口海岸地区泥沙在波浪作用下快速启动并进入悬浮状态的现象。 在动力学分析方面，作者针对浅水波(h/L<0.15)的特殊情况，依据线性理论，讨论了近底水质点如何产生周期性的往复运动，并通过波动速度公式(cosh[()]cos()[/sinh(H)]来描述这种运动对海底泥沙的影响。通过这些深入的分析，本文提供了对波浪作用下泥沙运动行为的定量理解，对于理解和预测海洋和河流底部泥沙的动态行为具有重要的科学价值。此外，文中还涉及到床面剪切力、综合摩阻系数、综合速度和综合摩阻速度等关键概念，这些都是理解波浪和水流对河床形态演变的关键参数。