本书为高等学校水利学科港口航道与海岸工程本科生的专业课教材,亦可作为其他相近专业的教
材或参考书,并可供有关专业工程技术人员参考。
本书注重培养学生解决实际问题的能力。全书分为7章,主要内容包括:海岸动力模拟软件概述、
近岸水动力模型概述、泥沙运动学理论、近岸水动力模型建模、MIKE21HDFM 水动力模型运算实例、
计算流体动力学软件FLOW 3D概况、FLOW 3D软件建模及应用实例。

本书编写过程中,始终注重理论与实践的结合,既阐述悬移质输沙率公式、自由表面追踪等核心技术原理,又详解AquaveoSMS网格建模、MIKEToolbox潮汐预报等实操步骤；既关注模型参数的物理意义,又强调模拟结果与实测数据的对比验证。此外,书中融入大量工程案例,旨在帮助读者快速掌握软件应用技巧,提升解决实际工程问题的能力。
本书可以作为港口航道与海岸工程、海洋工程等专业本科生的专业课教材,也可供水利、海洋、环境等领域的工程技术人员与科研人员参考。希望通过本书的系统讲解,能为读者打开海岸动力模拟的大门,助力其在海岸工程设计、海岸带生态保护及灾害防治等工作中,更好地运用数值模拟技术,为海岸带可持续发展提供科学支撑。

随着全球气候变化加剧与沿海地区开发强度提升，海岸带作为海陆交互的关键纽带，其水动力过程愈发复杂，涉及潮汐、波浪、泥沙输运及人类工程活动的多因素耦合作用。传统经验分析与物理模型试验已难以满足海岸工程精细化设计、灾害风险评估及生态保护的需求，数值模拟技术已成为海岸动力研究与实践的核心工具。
《海岸动力模拟软件及应用》作为高等学校水利学科港口航道与海岸工程专业的核心教材，立足理论-软件-实践三位一体的编写思路，旨在搭建从基础理论到工程应用的桥梁。全书共7章，系统梳理了海岸动力模拟的关键技术：首章综述EFDC、Delft3D、MIKE ZERO等11类主流模拟软件的技术原理与适用场景，为读者提供软件选型的横向对比框架；第2章与第3章聚焦近岸水动力模型基础与泥沙运动学理论，深入解析潮流水动力、波浪、泥沙输运及海岸演化模型的控制方程与核心参数，夯实理论根基；第4章至第7章则以MIKE 21与FLOW-3D为核心，通过建模步骤-参数设置-实例运算的递进式讲解，完整呈现近岸水动力建模流程，涵盖网格生成、边界条件设定、模型率定及结果分析，尤其针对典型工程区域水动力-波浪-泥沙耦合模拟、斜坡礁体波浪传播等工程实例，提供可直接参考的操作范式。
本书编写过程中，始终注重理论与实践的结合，既阐述悬移质输沙率公式、自由表面追踪等核心技术原理，又详解Aquaveo SMS网格建模、MIKE Toolbox潮汐预报等实操步骤；既关注模型参数的物理意义，又强调模拟结果与实测数据的对比验证。此外，书中融入大量工程案例，旨在帮助读者快速掌握软件应用技巧，提升解决实际工程问题的能力。
本书可以作为港口航道与海岸工程、海洋工程等专业本科生的专业课教材，也可供水利、海洋、环境等领域的工程技术人员与科研人员参考。希望通过本书的系统讲解，能为读者打开海岸动力模拟的大门，助力其在海岸工程设计、海岸带生态保护及灾害防治等工作中，更好地运用数值模拟技术，为海岸带可持续发展提供科学支撑。
限于编者水平，书中难免存在疏漏之处，恳请广大读者与同行批评指正。
作者
2025年8月

第1章海岸动力模拟软件概述 1
1.1区域海洋水动力模拟软件/2
1.1.1 EFDC软件/2
1.1.2 Delft3D软件/3
1.1.3 FVCOM软件/5
1.1.4 ECOM软件/6
1.1.5 MOHID软件/7
1.1.6 MIKE ZERO软件/9
1.2计算流体动力学软件/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 近岸水动力模型概述 19
2.1潮流水动力模型/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 泥沙输运模型/25
2.3.1潮流作用下泥沙运动/25
2.3.2波流共同作用下泥沙运动/27
2.4 海岸演化模型/29
2.4.1海滩剖面演化模型/29
2.4.2沿岸输沙及岸线演化模拟/31
第3章 泥沙运动学理论 33
3.1泥沙的特性/34
3.1.1泥沙的几何特性/34
3.1.2泥沙的重力特性/36
3.1.3泥沙的沉速/36
3.2推移质运动/39
3.2.1泥沙运动的基本形式/39
3.2.2泥沙的起动/40
3.2.3沙波运动/43
3.2.4 冲积河流的阻力/47
3.3推移质输沙率/51
3.3.1杜博埃(Duboys)公式/51
3.3.2梅叶一彼德公式/51
3.3.3 Einstein和钱宁公式/52
3.3.4 以流速为参数的输沙率公式/53
3.3.5以Shields起动参数表达的推移质输沙率公式/55
3.4 悬移质运动/55
3.4.1物质在流体中的扩散现象/55
3.4.2物质扩散的基本控制方程/56
3.4.3含沙量的垂向分布/57
3.5悬移质输沙率和水流挟沙能力/59
3.5.1悬移质输沙率/59
3.5.2水流挟沙能力/61
第4章 近岸水动力模型建模 65
4.1利用Aquaveo SMS Premium建模/66
4.2 MIKE 21 HD FM水动力模块参数设置/76
4.2.1模块选择/76
4.2.2模型范围/77
4.2.3时间设置/80
4.2.4求解格式/80
4.2.5深度修正/82
4.2.6干湿边界/83
4.2.7密度/84
4.2.8涡黏系数/84
4.2.9床面阻力85
4.2.10科氏力
4.2.11风场/87
4.2.12引潮势/88
4.2.13波浪辐射应力/89
4.2.14初始条件/89
4.2.15边界条件/89
4.2.16解耦/90
4.2.17其他参数/90
4.3利用MIKE ZERO基面转换器完成不同坐标系统的转换/94
4.4 MIKE 21 toolbox工具箱的使用/95
4.4.1潮汐预报工具/95
4.4.2泥沙输运表/102
第5章 MIKE 21 HD FM水动力模型运算实例 107
5.1模型搭建/108
5.2模拟与实测结果比较/115
5.3后龙湾区域HD模型搭建/119
5.4后龙湾区域SW模型搭建/123
5.5后龙湾区域ST模型搭建/132
第6章 计算流体动力学软件FLOW-3D概况 139
6.1 FLOW-3D简介/140
6.1.1波浪运动控制方程/140
6.1.2紊流模型/142
6.1.3自由表面追踪的VOF法/143
6.2数值波浪水槽的建立/146
6.2.1边界条件与消波结构设置/146
6.2.2数值波浪水槽网格划分/148
第7章 FLOW-3D软件建模及应用实例 151
7.1斜坡礁体波浪传播数值模拟/152
7.1.1 CAD中建立几何模型/152
7.1.2建立FLOW-3D计算文件/154
7.1.3设置输出项/160
7.1.4数值选项/160
7.1.5开始计算/161
7.1.6数据提取/161
7.1.7导出图片和动画/161
7.2浮式防波堤与波浪相互作用数值模拟/164
7.2.1 CAD中建立实验三维模型/164
7.2.2建立FLOW-3D计算文件/165
7.2.3设置输出项/174
7.2.4数值选项/175
7.2.5开始计算/175
7.2.6数据提取/175
7.2.7导出图片和动画/177
参考文献/179