基于波形不对称性的波浪破碎指标

为了探寻波浪破碎与波形不对称性的关系,通过对1/200缓坡上波浪破碎实验研究结果的进一步分析,运用最小二乘法,拟合了波形不对称性参数与相对水深的关系,以及用波形不对称性参数表示的波浪破碎指标表达式。所得规则波的结果与Kjeldsen的深水波结果相同,而不规则波的结果比规则波的小。研究还表明,这一破碎指标与相对水深有关系,随着水深变浅,指标值增大。     

不规则波在逆流中的破碎

作者（１９９１）的理论分析和实验研究表明：对于崩波型破碎，合田的临界相对波高值（Ｈ／ｄ）ｂ及Ｍｉｃｈｅｌｌ和Ｍｉｃｈｅ的临界波陡值（Ｈ／Ｌ）ｂ可作为规则波的破碎指标。基于相同的原则，通过系统的分析和实验，规则波的破碎指标可以推广应用于不规则波。     

规则波在缓坡上变形与破碎数值分析

通过在二维数值水槽内用边界元法直接求解Laplace方程,对规则波在缓坡上的变形及破碎进行了数值计算。分析了不同底坡及采用不同底摩阻系数时规则波的破碎特征,并对规则波破碎的极限坡度进行了研究。重点分析了规则波破碎时海底坡度、底摩阻系数及波形不对称性对破碎指标的影响。     

三维波浪在岛礁地形上破碎特性试验研究

对三维波浪在岛礁地形上的传播特性进行了物理模型试验研究。为了探究三维波浪在岛礁地形上传播的破碎指标,将岛礁地形简化为1∶5的向海坡与水平礁坪相连的物理模型。对于不同波况下的规则波、不规则波、多向波在该地形上的破碎特性进行了研究。结果表明,在该地形条件下,较大入射波高的波浪均在礁坪上发生破碎,并且随着入射波高的增大,破碎位置向来浪方向移动,破碎指标与入射波陡H_0/L_0相关,斜向波浪传播受入射角度的影响。同时,文中也给出了在该地形下波浪的破碎指标,并将三维结果与二维结果进行了对比。     

缓坡上波浪谱的变形及破碎

在文献[1]中,通过实验分析和理论计算,笔者提出不规则波浪的破碎指标仍可采用合田[2]的相对波高极值(H/d)_b与Michell[3]和Miche[4]的极限波陡指标(H/L)_b.本文利用该破碎指标,分析计算了缓坡上不规则波在水流作用下的谱变形、波高的统计分布以及波浪破碎的概率等,其结果与作者的实验结果符合良好。     

波浪在珊瑚礁地形上破碎特性试验研究

对波浪在珊瑚礁地形上的传播特性进行了物理试验研究,将珊瑚礁地形简化为坡度为1∶5的陡坡(向海坡)加较长水平礁坪段的地形,对规则波和不规则波在该地形条件下的波浪破碎及波高沿程衰减进行了研究。结果表明,波高较小时,波浪破碎发生在礁坪上,但随着入射波高的增大,破碎位置逐渐向来浪方向移动,直至在向海坡段破碎。对于在礁坪上破碎的波浪,相对水深db/L0一定的条件下,破碎波高与入射波陡H0/L0相关,且变化趋势受相对水深db/L0的影响。同时给出了该地形条件下波浪破碎指标以及礁坪段破碎后沿程波高的计算公式。     

浅水极限波浪几何特征的实验研究

该文通过物理模型实验,对浅水区域内的波浪在破碎前极限状态下的几何特征进行了研究。实验基于JONSWAP谱对不规则波浪进行模拟,通过对波群中出现的单体极限波浪进行捕捉并对波形进行测量而得到研究样本。为了考察底坡因素对极限波浪几何特征的影响,实验共考虑了3组大小分别为β=1/15、1/30以及1/45的地形坡度。统计结果表明,在实验所采用的坡度范围内,当地波高与水深对近岸极限波浪的影响最为显著,随着水深与波高因素变化,极限波浪的几何特征也出现明显的改变。坡度因素对极限波陡和偏度的影响很小,可以被忽略,但是对不对称度参数的影响相对比较明显,坡度越陡,不对称程度越剧烈。最后,通过参数化,本文给出了极限波浪几何特征变化的经验公式。     

基于激波捕捉类Boussinesq模型对岛礁地形上波浪传播的数值模拟

为了探究激波捕捉类Boussinesq模型在模拟岛礁地形上规则波和不规则波传播的可行性,采用基于完全非线性Boussinesq方程并具有激波捕捉能力的数值模型Funwave-TVD对规则波和不规则波在岛礁地形上的传播进行了数值模拟,通过与试验数据对比,分析模型中空间步长的影响,验证模型在模拟波高、平均水位分布以及波谱空间演变的能力,结果表明:采用合适的空间步长,模型能较好地模拟规则波和不规则波在岛礁地形上的传播和演化过程。对于规则波,较小的空间步长可改善破碎点处波高峰值的预测,并能更好地预测波浪破碎后波高的空间分布,相比结合经验破碎的Boussinesq模型,Funwave-TVD能更好地模拟规则波在岛礁地形上的破碎,以及破碎以后行进涌波的再生成过程;对于不规则波,Funwave-TVD总体而言能较好地模拟涌浪有效波高、次重力波的生成及空间演化和平均水位,但会低估礁坪上次重力波波高,较粗的空间步长也会低估礁坪上涌浪有效波高。     

大糙率珊瑚礁附近规则波非线性特征实验研究

通过波浪水槽实验对大糙率礁面存在下珊瑚礁海岸附近规则波非线性特征参数(偏度、不对称度和厄塞尔数)的变化规律进行了研究。实验采用圆柱体阵列来模拟礁面的粗糙度,测试了一系列规则波工况。结果表明:偏度、不对称度和厄塞尔数的幅值分别在珊瑚礁破碎带结束位置、破碎带内和破碎带开始位置达到最大。3个参数的幅值均随着入射波波高的增大而增大;偏度值随着波浪周期的增大而减小,不对称度幅值和厄塞尔数随着周期的增大而增大;偏度值随着礁坪水深的增大而增大,不对称度幅值和厄塞尔数随着礁坪水深的增大而减小。深水厄塞尔数可以用来描述礁坪上波浪非线性参数的变化,最后给出了用其预测礁坪上3个非线性特征参数的经验关系式。     

珊瑚礁破碎带附近波浪演化和波生流实验研究

为了研究珊瑚岸礁破碎带附近波浪演化和波生流特性,通过水槽实验对规则波浪作用下珊瑚岸礁上沿礁分布的水位和流速进行了详细的测量。在典型卷破波条件下,测试了礁冠存在与不存在的两种情况。实验结果表明,多重波浪反射作用引起岸礁上形成不完全驻波,而破碎带附近的浅化作用则产生高次谐波,波浪破碎所耗散的波能主要来源于主频波,礁坪上透射波成分中二次谐波与主频波的能量相当;礁冠的存在引起破碎带宽度减小、礁坪上增水变大以及礁坪上各次谐波变小;礁冠不存在时,岸礁上波生流的沿礁分布与平直海岸相似,而礁冠的存在一定程度上阻碍了礁坪上水体向外海的回流。研究成果将丰富和发展珊瑚礁水动力学理论,并为岛礁工程的建设和维护提供一定的理论参考。