应用Boussinesq方程对由航道开挖所造成水深变化对波浪传播所产生的异常波

应用Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程采用有限差分法建立了非线性数值波浪模式，并该模式对由航道开挖所造成水深变化对波浪传播产生的异常现象进行了数值模拟研究。从结果来看这种异常波浪局部增大现象是由于入射波与航道夹角过小，使波浪无法折射入航道，而在航道两侧反射叠加的结果。因此说水深的变化对波浪产生的反射现象也是不可忽视的。     

应用Boussinesq方程对由航道开挖所造成水深变化对波浪传播所产生的异常波况的数值研究

应用Boussinesq方程采用有限差分法建立了非线性数值波浪模式，并应用该模式对由航道开挖所造成水深变化对波浪传播产生的异常现象进行了数值模拟研究。从结果来看这种异常波浪局部增大现象是由于入射波与航道夹角过小，使波浪无法折射入航道，而在航道两侧反射叠加的结果。因此说水深的变化对波浪产生的反射现象也是不可忽视的。     

改善由航道作用使防波堤前波况异常的数值研究

本文针对航道对波浪反射和折射等作用使防波堤前产生波浪异常现象进行了数值研究，并通过数值研究手段对特定港区进行改变航道地形结构等开挖方案来消减防波堤前波浪异常叠加现象的可能方式进行了讨论，并指出这种方式在某些特定条件下可以解决航道对波浪反射和折射对防波堤或港区的影响，同时也为类似问题解决了提供了一个范例。     

无限水深聚焦波完全非线性数值模拟

基于势流理论提出一种新的高阶边界元方法对无限水深的聚焦波浪进行完全非线性数值模拟.自由水面满足完全非线性边界条件,模拟波浪的非线性效果可以达到更高阶.利用镜像原理,建立一种全新的格林函数应用到无限水深的数值波浪水槽中,以致于两无限深水槽侧壁的积分可以被排除.为了产生相应的入射波和吸收出流波浪,一个由点源组成的造波装置被布置于计算域内,同时人工阻尼层被用来吸引出流波浪,由波浪聚焦的方法得到极限波浪.通过开展线性和完全非线性聚焦波浪的数值实验及与理论解对比,验证本数值模型可以用来模拟无限深水域的极限波浪,且在出流边界没有反射.     

一个改进的二阶Boussinesq方程模型在线性波浪反射问题中的适用性研究

基于改进型的二阶Boussinesq方程,在交错网络下建立数值模型.利用模型模拟波浪在常水深情况下的传播,波浪反射系数均低于2％.利用该模型模拟波浪在平斜坡前的反射,并将数值结果与解析解进行对比.结果表明,对于相对水深较大情况,坡度较陡时模拟结果明显偏大;对 于相对水深较小情况,坡度超过1:1时,数值结果仍与解析解有....     

Boussinesq类方程描述有限沙坝地形Bragg反射的性能比较

利用Boussinesq方程,采用线性摄动展开法,求解波浪正向通过有限沙坝地形的一阶反射波解,研究比较Boussinesq类方程描述沙坝地形对波浪的反射作用的性能。通过研究反射系数并与势流理论结果及实验结果对比,发现:邹志利的高阶方程、张永刚及Madsen的方程适用的水深范围较广,而Nwogu和Peregrine的方程仅在共振点附近有效;当入射波的波长为沙坝波长两倍时,反射波产生共振效应(即Bragg反射),反射系数与沙坝振幅和水深的比值以及地形中沙坝的条数成正比;相对势流理论的共振时的反射系数,以张永刚为代表的一系列Boussinesq方程色散精度越高,适用水深范围越广,而高阶方程适用的水深很浅。     

台阶式变深水槽造波的解析研究台阶式变深水槽造波的解析研究

利用特征函数展开法对台阶式变深水槽中推板式造波机造波问题进行了研究，建立了相应速度势和波面的解析表达式。与高阶边界元方法(HOBEM)数值结果进行了对比，验证了本解析解的正确性。通过数值试验，研究了台阶对入射波的影响，同时分析了造波板所在位置（上部台阶）水深、水槽工作区（下部台阶）水深、造波板运动周期和造波板水平位置等因素对生成波浪高度的影响。由此选择合适的造波板所在位置及水深来得到所需要的波浪高度，进而根据需要生成波浪的周期和波幅 来反演造波板的运动。     

非线性波传播的新型数值模拟模型及其实验验证

以一种新型的Boussinesq型方程为控制方程组,采用五阶Runge-Kutta-England格式离散时间积分,采用七点差分格式离散空间导数,并通过采用恰当的出流边界条件,从而建立了非线性波传播的新型数值模拟模型.通过对均匀水深水域内波浪传播的数值模拟说明,模型能较好地模拟大水深水域和强非线性波的传播.通过设置不同的入射波参数来进行潜堤地形上波浪传播的物理模型实验,并将数值解与物理模型实验结果进行了比较.     

珊瑚岸礁破碎带附近波浪演化实验研究

通过波浪水槽实验对珊瑚岸礁破碎带附近波浪演变规律开展研究,实验采用了概化的岸礁模型,测试了4种礁坪水深、4种礁前斜坡坡度和一系列入射波高的组合工况。对破碎带宽度和破碎带附近波浪的入射、反射、透射以及能量耗散进行了测量分析,透射波的计算考虑了礁坪上高次谐波的影响。结果表明:礁坪水深和入射深水波高的比值(即礁坪相对水深)是影响岸礁破碎带附近波浪演化的关键参数,而礁前斜坡坡度的影响在本文测量的范围内可以忽略不计。破碎带宽度与礁坪上浅水波波长为同一数量级,并与礁坪相对水深成反比;透射系数随礁坪相对水深的增大呈线性增长,而反射系数的变化却无类似规律;岸礁能够削弱超过50%入射波能,礁坪相对水深越小,波浪破碎造成的能量耗散越大。     

日照港深水航道泥沙运移及航道选址研究

使用SP2100波潮仪和ADCP海流计等多种先进仪器在台风季节进行了波浪、海流和潮汐观测,在取得大量现场观测子料基础上,结合长期的岸站资料对该海域的水文特征及水动力特征进行了系统综合分析。通过2002年对日照港深水航道海域含沙量和水深测量等成果,进行断面输沙、航道冲淤量及航道海域泥沙数值模拟等方面的计算,并采用POM模式。选择了几种有代表性的风浪情况,分别对港口附近海域进行了“波浪掀沙、潮流输沙和海底演变”的数值模拟。通过上述方法,对1998年12月竣工的-11m水深的航道的淤积状况进行了探讨,并推荐方案1为深水航道的首选方案,方案5居次。     

潜堤后高阶自由谐波的研究

基于高阶边界元方法的完全非线性数值水槽模型模拟潜堤地形上波浪的传播变形,通过与实验值进行比较,考察数学模型的正确性.采用两点法分离得到堤后高倍频自由波来研究入射波参数、水深对堤后高倍频自由波的影响.研究发现:基频波、二阶和三阶自由波幅值分别与入射波波幅成线性、二次和三次函数关系,基频波幅值基本不随波浪周期变化,而二阶和...     

波浪作用下曲面防波堤水力特性及波能损耗研究

执行了一系列规则波与曲面防波堤相互作用实验。采用π定理确定了两种曲面防波堤(半圆堤和圆弧堤)反射透射水力特性的三个主要影响因素,包括入射波陡、相对水深和堤顶相对超高。基于实验数据对比分析了两种曲面防波堤的反射和透射特性,从能量守恒角度计算了波浪与曲面防波堤相互作用过程中的能量损耗率,并利用数值模拟探讨了波浪越堤过程中两种曲面防波堤波能损耗差异的机理,表明圆弧堤背浪面更强的尾涡区使得其局部能耗总体上高于半圆堤。     

台阶式变深水槽造波的解析研究

利用特征函数展开法对台阶式变深水槽中推板式造波机造波问题进行了研究,建立了相应速度势和波面的解析表达式。与高阶边界元方法(HOBEM)数值结果进行了对比,验证了本解析解的正确性。通过数值试验,研究了台阶对入射波的影响,同时分析了造波板所在位置(上部台阶)水深、水槽工作区(下部台阶)水深、造波板运动周期和造波板水平位置等因素对生成波浪高度的影响。由此选择合适的造波板所在位置及水深来得到所需要的波浪高度,进而根据需要生成波浪的周期和波幅来反演造波板的运动。     

风暴潮对海浪影响的数值研究

采用第三代海浪模式和线性全流风暴潮模式计算封闭海域内风暴潮对风浪的影响，海浪模式中钫含水深变化及平均流变化引起的波浪绕射项，计算了不同风速和不同静水深情况下风暴潮引起的风浪波高的变化，计算结果表明：静水深为１０ｍ及风速为３０ｍ／ｓ，风暴潮引起的风浪波高的相对变化的最大值达３９％；而静水深超过４０ｍ时，即使风速为４０ｍ／ｓ，风暴潮引起的风浪波高的相对变化的最大值小５％。     

双矩形浮子波能装置辐射问题的解析方法

在有限水深下1个漂浮在水中的矩形浮子和1个淹没在水下的浮子构成双矩形波能装置模型。基于特征函数展开法求解了线性入射波作用下双矩形浮子波能装置的辐射问题,得出了双矩形浮子辐射速度势的1种新解析式,然后根据Haskind关系由入射势和辐射势来计算波浪激励力,并且采用数值方法对相同算例进行了计算,得到了完全一致的结果,从而证明这种方法是正确的。研究了在不同工况下的波浪激励力和系统的水动力学系数变化的规律。     

波浪变形的数学模型

本文给出一个在复杂水深地形条件下计算包括折射和绕射效应的线性波浪变形数学模型。该模型用差分方法进行求解,并应用于兴化湾江阴岛码头及航道的波浪要素计算,所得结果与其他方法的结果进行比较。通过实际应用说明它是计算开阔海域波浪变形的有力工具。     

数值波浪水槽中完全非线性浅水波仿真特性研究

应用基于势流理论的时域高阶边界元方法,建立一个完全非线性的三维数值波浪水槽,通过实时模拟推板造波运动的方式产生波浪。通过混合欧拉-拉格朗日方法和四阶Runge-Kutta方法更新自由水面和造波板的瞬时位置。利用所建模型分别模拟了有限水深波和浅水波,与试验结果、相关文献结果和浅水理论结果吻合较好,且波浪能够稳定传播。系统地讨论造波板的运动圆频率、振幅和水深等对波浪传播和波浪特性的影响,并对波浪的非线性特性进行分析,研究发现造波板运动频率、运动振幅以及水深均将对波浪形态和波浪非线性产生显著影响。结果为真实水槽造波机的运动控制以及波浪生成试验提供了依据,便于实验室设置更合理的参数来准确模拟不同条件下的波浪。     

基于Boussinesq数值模型的波浪速度垂向分布模拟研究

在Liu和Fang推导的双层Boussinesq方程基础上,将其简化为一层水波方程,并建立了基于混合4阶Adams-Bashforth-Moulton时间格式的立面二维数值模型;数值模拟了波浪在潜堤上的演化过程,并将数值计算结果与相关实验结果进行了对比,验证了该数值模型的正确性。进而在不同的入射波条件下,将沿着水深分布的水平速度和垂向速度的数值模拟结果与线性、二阶、三阶解析解解析结果进行综合对比。对比结果表明,在不同的无因次水深kh条件下,数值解与解析解的整体吻合程度较好。在不同的波陡H/L条件下,数值解展现了较好的非线性特征。在不同的波高水深比H/h条件下,数值解与解析解之间的整体差异较小。可以看到,该数值模型较好地模拟了波浪垂向速度场分布,体现了其优良的综合性能。     

基于Boussinesq方程近岸波浪演变的数值研究

首先对目前描述近岸波浪传播变形的数学模型进行了回顾与总结;对不同数学模型的特点、适用范围和发展情况进行了阐述与对比。应用基于Boussinesq方程的Coulwave模式针对几个经典实验地形进行了数值实验,数值结果和实验实测数据吻合较好。此外,分别采用不同的近岸波浪模型模拟了某渔港附近波浪的传播变形,结果表明:当考虑波浪的折射、绕射、反射联合作用时,Coulwave模式计算结果明显较缓坡方程及SWAN模型计算结果更加合理。     

漳州港码头岸线规划潮流及泥沙问题研究

本文在实测资料的基础上，全面分析了漳州港海域的波浪要素，潮流动力，泥沙运移特性和水深演变等，计算了漳州港码头工程前后潮流分布场，并在此基础上预报了漳州港起步工程的３．５万吨级码头泊位、港池、航道的泥沙冲淤幅度。结果表明，漳州港海域的水深维护主要与上游纳潮面积大小有关，海域潮差大，潮流强，水深大，波浪小，海域泥沙主要来源于上游的九龙江，年输沙量为２７７万ｔ，海域年平均含沙量也不大，港池航道水深可由水流动力来维持、泊位和淤积很小，这些情况表明，漳州港屿仔尾海区建港的自然条件是优越的。