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国内外对于红树林带的防浪研究多采用野外测量和理论推导,随着流体动力学及计算机技术的发展,数值模拟已经成为研究流体流场的有力手段。本文正是以流体动力学为基础,分析了影响红树林防浪效应的因素,建立了多孔介质模型,并利用CFD软件FLUENT对流经红树林的流体速度分布状况进行了数值模拟和预测,以此为红树林合理、科学的建设提供依据。
在数值模拟之前,对红树林的树高、胸径、地径等生长特征进行了实地测量,并利用波浪仪对距林缘不同点处的波浪特征也进行了测量。在数值计算过程中,对连续方程和动量方程,应用Reynolds时均方程法中的紊流粘性系数法,用k-ε双方程模型来封闭方程组。对于边界条件和初始条件采用UDF函数来定义,采用Wilson提出的动量汇原理对林带对水流的阻力进行了参数化处理,近壁面采用壁面函数法来处理。在求解离散方程时,对解的收敛性随时进行监视,以其达到指定精确度。
将数值模拟结果和野外实地测量结果进行对比分析,确定了模型建立的可行性。通过数值模拟,分析了疏透度一定时,不同林带宽度和不同水深条件对波速消减的影响;林带宽度一定时,不同疏透度和不同水深对波速消减的影响;水深一定时,不同疏透度和不同林带宽度对波速消减的影响,模拟结果可以看出疏透度、林带宽度和水深均对波浪传播速度的变化有显著的影响,波速沿林带宽度方向的减低和水深方向的减低呈现出不同的变化趋势,为了更明确地研究不同结构因素对消波效应的影响,定量分析了波速消减率的变化。运用4参数Logistic方程对波速随林带宽度和水深的变化分别进行了拟合,发现Logistic方程对波速沿林带宽度和水深的变化具有很好的拟合效果。结果显示4参数Logistic方程可以表征波速随林带宽度和水深的变化。本文最后运用实地测量和数值模拟的方法对泉州湾河口湿地八个分区的消浪状况进行了综合分析,从而对实际红树林的建设提出了有益的建议。