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本書為高等學(xué)校水利學(xué)科港口航道與海岸工程本科生的專業(yè)課教材,亦可作為其他相近專業(yè)的教
材或參考書,并可供有關(guān)專業(yè)工程技術(shù)人員參考。
本書注重培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。全書分為7章,主要內(nèi)容包括:海岸動力模擬軟件概述、
近岸水動力模型概述、泥沙運(yùn)動學(xué)理論、近岸水動力模型建模、MIKE21HDFM 水動力模型運(yùn)算實(shí)例、
計算流體動力學(xué)軟件FLOW 3D概況、FLOW 3D軟件建模及應(yīng)用實(shí)例。

隨著全球氣候變化加劇與沿海地區(qū)開發(fā)強(qiáng)度提升，海岸帶作為海陸交互的關(guān)鍵紐帶，其水動力過程愈發(fā)復(fù)雜，涉及潮汐、波浪、泥沙輸運(yùn)及人類工程活動的多因素耦合作用。傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)分析與物理模型試驗(yàn)已難以滿足海岸工程精細(xì)化設(shè)計、災(zāi)害風(fēng)險評估及生態(tài)保護(hù)的需求，數(shù)值模擬技術(shù)已成為海岸動力研究與實(shí)踐的核心工具。
《海岸動力模擬軟件及應(yīng)用》作為高等學(xué)校水利學(xué)科港口航道與海岸工程專業(yè)的核心教材，立足理論-軟件-實(shí)踐三位一體的編寫思路，旨在搭建從基礎(chǔ)理論到工程應(yīng)用的橋梁。全書共7章，系統(tǒng)梳理了海岸動力模擬的關(guān)鍵技術(shù)：首章綜述EFDC、Delft3D、MIKE ZERO等11類主流模擬軟件的技術(shù)原理與適用場景，為讀者提供軟件選型的橫向?qū)Ρ瓤蚣�；�?章與第3章聚焦近岸水動力模型基礎(chǔ)與泥沙運(yùn)動學(xué)理論，深入解析潮流水動力、波浪、泥沙輸運(yùn)及海岸演化模型的控制方程與核心參數(shù)，夯實(shí)理論根基；第4章至第7章則以MIKE 21與FLOW-3D為核心，通過建模步驟-參數(shù)設(shè)置-實(shí)例運(yùn)算的遞進(jìn)式講解，完整呈現(xiàn)近岸水動力建模流程，涵蓋網(wǎng)格生成、邊界條件設(shè)定、模型率定及結(jié)果分析，尤其針對典型工程區(qū)域水動力-波浪-泥沙耦合模擬、斜坡礁體波浪傳播等工程實(shí)例，提供可直接參考的操作范式。
本書編寫過程中，始終注重理論與實(shí)踐的結(jié)合，既闡述懸移質(zhì)輸沙率公式、自由表面追蹤等核心技術(shù)原理，又詳解Aquaveo SMS網(wǎng)格建模、MIKE Toolbox潮汐預(yù)報等實(shí)操步驟；既關(guān)注模型參數(shù)的物理意義，又強(qiáng)調(diào)模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)的對比驗(yàn)證。此外，書中融入大量工程案例，旨在幫助讀者快速掌握軟件應(yīng)用技巧，提升解決實(shí)際工程問題的能力。
本書可以作為港口航道與海岸工程、海洋工程等專業(yè)本科生的專業(yè)課教材，也可供水利、海洋、環(huán)境等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員與科研人員參考。希望通過本書的系統(tǒng)講解，能為讀者打開海岸動力模擬的大門，助力其在海岸工程設(shè)計、海岸帶生態(tài)保護(hù)及災(zāi)害防治等工作中，更好地運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù)，為海岸帶可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)支撐。
限于編者水平，書中難免存在疏漏之處，懇請廣大讀者與同行批評指正。
作者
2025年8月

第1章海岸動力模擬軟件概述 1
1.1區(qū)域海洋水動力模擬軟件/2
1.1.1 EFDC軟件/2
1.1.2 Delft3D軟件/3
1.1.3 FVCOM軟件/5
1.1.4 ECOM軟件/6
1.1.5 MOHID軟件/7
1.1.6 MIKE ZERO軟件/9
1.2計算流體動力學(xué)軟件/10
1.2.1 ANSYS Fluent/10
1.2.2 ANSYS CFX/12
1.2.3OpenFOAM/14
1.2.4 STAR-CCM+/15
1.2.5 FLOW-3D/17
第2章近岸水動力模型概述 19
2.1潮流水動力模型/20
2.2波浪模型/22
2.2.1 SW波浪模型/22
2.2.2 BW波浪模型/23
2.3 泥沙輸運(yùn)模型/25
2.3.1潮流作用下泥沙運(yùn)動/25
2.3.2波流共同作用下泥沙運(yùn)動/27
2.4 海岸演化模型/29
2.4.1海灘剖面演化模型/29
2.4.2沿岸輸沙及岸線演化模擬/31
第3章泥沙運(yùn)動學(xué)理論 33
3.1泥沙的特性/34
3.1.1泥沙的幾何特性/34
3.1.2泥沙的重力特性/36
3.1.3泥沙的沉速/36
3.2推移質(zhì)運(yùn)動/39
3.2.1泥沙運(yùn)動的基本形式/39
3.2.2泥沙的起動/40
3.2.3沙波運(yùn)動/43
3.2.4 沖積河流的阻力/47
3.3推移質(zhì)輸沙率/51
3.3.1杜博埃(Duboys)公式/51
3.3.2梅葉一彼德公式/51
3.3.3 Einstein和錢寧公式/52
3.3.4 以流速為參數(shù)的輸沙率公式/53
3.3.5以Shields起動參數(shù)表達(dá)的推移質(zhì)輸沙率公式/55
3.4 懸移質(zhì)運(yùn)動/55
3.4.1物質(zhì)在流體中的擴(kuò)散現(xiàn)象/55
3.4.2物質(zhì)擴(kuò)散的基本控制方程/56
3.4.3含沙量的垂向分布/57
3.5懸移質(zhì)輸沙率和水流挾沙能力/59
3.5.1懸移質(zhì)輸沙率/59
3.5.2水流挾沙能力/61
第4章近岸水動力模型建模 65
4.1利用Aquaveo SMS Premium建模/66
4.2 MIKE 21 HD FM水動力模塊參數(shù)設(shè)置/76
4.2.1模塊選擇/76
4.2.2模型范圍/77
4.2.3時間設(shè)置/80
4.2.4求解格式/80
4.2.5深度修正/82
4.2.6干濕邊界/83
4.2.7密度/84
4.2.8渦黏系數(shù)/84
4.2.9床面阻力85
4.2.10科氏力
4.2.11風(fēng)場/87
4.2.12引潮勢/88
4.2.13波浪輻射應(yīng)力/89
4.2.14初始條件/89
4.2.15邊界條件/89
4.2.16解耦/90
4.2.17其他參數(shù)/90
4.3利用MIKE ZERO基面轉(zhuǎn)換器完成不同坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換/94
4.4 MIKE 21 toolbox工具箱的使用/95
4.4.1潮汐預(yù)報工具/95
4.4.2泥沙輸運(yùn)表/102
第5章 MIKE 21 HD FM水動力模型運(yùn)算實(shí)例 107
5.1模型搭建/108
5.2模擬與實(shí)測結(jié)果比較/115
5.3后龍灣區(qū)域HD模型搭建/119
5.4后龍灣區(qū)域SW模型搭建/123
5.5后龍灣區(qū)域ST模型搭建/132
第6章計算流體動力學(xué)軟件FLOW-3D概況 139
6.1 FLOW-3D簡介/140
6.1.1波浪運(yùn)動控制方程/140
6.1.2紊流模型/142
6.1.3自由表面追蹤的VOF法/143
6.2數(shù)值波浪水槽的建立/146
6.2.1邊界條件與消波結(jié)構(gòu)設(shè)置/146
6.2.2數(shù)值波浪水槽網(wǎng)格劃分/148
第7章 FLOW-3D軟件建模及應(yīng)用實(shí)例 151
7.1斜坡礁體波浪傳播數(shù)值模擬/152
7.1.1 CAD中建立幾何模型/152
7.1.2建立FLOW-3D計算文件/154
7.1.3設(shè)置輸出項(xiàng)/160
7.1.4數(shù)值選項(xiàng)/160
7.1.5開始計算/161
7.1.6數(shù)據(jù)提取/161
7.1.7導(dǎo)出圖片和動畫/161
7.2浮式防波堤與波浪相互作用數(shù)值模擬/164
7.2.1 CAD中建立實(shí)驗(yàn)三維模型/164
7.2.2建立FLOW-3D計算文件/165
7.2.3設(shè)置輸出項(xiàng)/174
7.2.4數(shù)值選項(xiàng)/175
7.2.5開始計算/175
7.2.6數(shù)據(jù)提取/175
7.2.7導(dǎo)出圖片和動畫/177
參考文獻(xiàn)/179

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