Longshore Currents of Random Waves on Different Plane Beaches

1 .IntroductionWhenwavespropagateobliquelytotheshorelineandbreak ,ameancurrentisgeneratedflowingparalleltothecoast.Thegenerationoflongshorecurrentscanbeexplainedasfollows .Withbreakingwaveheightdecreasing ,themomentumofwavemotionwillchangecorrespondingly .Accordingtothemomentumconservationtheory ,thechangesofthemomentumwillbeaccompaniedwithadditionalforcesactingonfluid .Longuet Higgins ( 1 970 )usedtheconceptofradiationstresstodescribetheaboveadditionalforceactingonfluidduetothechangeofwavemo…     

含强水流高阶Boussinesq水波方程

采用摄动法并利用已建立的纯波情况下高阶Boussinesq方程,建立了可以考虑强水流与波浪相互作用的高阶Boussinesq方程.水流速度与波浪群速具有相同量级,且随时间和空间的变化尺度远大于波浪周期和波长.方程色散性近似到[4/4]阶Pade展开,对浅水情况方程可以是完全非线性的,可适用于波流相互作用的强非线性问题.通过将水流存在时波长和波幅的结果与一阶斯托克斯波结果对比,讨论了具有不同近似程度的3种含波流相互作用的Boussinesq方程的适用性.     

新型Boussinesq方程的进一步改善

基于传统的Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程,通过速度变换及在方程中加入高阶项的方法,给出了进一步改善线性色散关系及变浅作用系数的方程,其线性色散关系及变浅作用系数的精度均为Ｏ（β８）（β＝ｈ０／Ｌ,Ｌ为特征波长,ｈ０为特征水深）．     

裂流垂向分布实验研究

通过物理模型实验给出了沙坝海岸丁坝附近交叉波浪场形成的裂流沿裂流槽水深平均速度剖面中心线的垂向分布,研究了各个测量断面上横向速度、纵向速度以及速度矢量沿水深的分布特征。研究分析了沿岸方向驻波节腹点和裂流槽相对位置的影响以及规则波和不规则波结果的差异,得到了裂流速度时均值和时变值的结果。结果表明,纵向速度在不同的时间段上的平均值基本是相同的,但横向速度不是这样,其在不同时间段上的平均值在大小和正负号上都可能存在较大差别,这导致整个速度矢量在不同时间段上也表现出不同的三维分布特征。但这些不同的分布也存在着共同点,即沿水深速度矢量大部分存在着向丁坝方向偏转,这反映了丁坝存在的影响。特别是,纵向速度沿水深分布都可以采用统一的幂函数表达。     

三维完全非线性波浪水槽的数值模拟

用有限元求解拉普拉斯方程,建立了三维完全非线性数值波浪水槽.跟踪流体自由表面的方法为满足完全非线性自由表面条件的半拉格朗日法,对离散单元采用20节点的六面体二次等参数单元.并把数值计算结果与水面初始升高产生箱体内流体运动解析解和二阶斯托克斯波理论解进行了对比,结果表明该模型是稳定的、守恒的,能精确模拟非线性波浪的产生和传播.     

马蹄波波形特征和对圆柱作用实验研究

为了研究真实海洋表面马蹄波特性以及对建筑物的作用,通过物理模型实验研究了马蹄波的波形特征参数以及马蹄波对圆柱体的作用。实验中通过对浪高仪采集的波面升高时间历程曲线进行分析得出了不同水深情况下马蹄波的垂向几何特征,并通过快速傅里叶变换得出了马蹄波波幅谱的特征,研究了马蹄波各组成波波幅沿空间的变化从而得出了圆柱存在对马蹄波演化的影响,同时给出马蹄波绕射形成的波面分布和不同频率谐波在圆柱周围的分布,讨论了马蹄波不同于Stokes波对圆柱作用的特征。结果表明,马蹄波波形受水深影响较大,水深越浅,马蹄波的波面形状越接近椭圆余弦波。圆柱体的存在干扰了马蹄波不稳定的增长,使其在接近圆柱时呈下降趋势,导致不稳定幅值最大值的位置提前并且出现在偏离圆柱迎浪点的侧表面,从而使圆柱受到侧向力的作用。     

水东湾地貌形态演变数值模拟

为了研究泻湖型海湾内经常出现的湾中岛的形成机理,应用水平二维潮流、泥沙输移和地形演变耦合模型,对具有典型的沙坝泻湖地貌形态的水东湾的湾中岛的形成和演化进行了数值模拟,成功地模拟出了涨潮三角洲(大洲岛)的形成过程,计算结果与实际地貌形态总体符合。模型中分别考虑了全沙输沙和推移质输沙两种输沙情况。结果表明,水东湾湾中岛是由涨潮流引起的泻湖内泥沙不断淤积而形成的,是一种涨潮三角洲的地貌形态;全沙输沙模式比推移质输沙模式更适合这一地形演化过程的模拟。模拟结果也再现了湾中岛在25 a期间的地形变化过程,这一研究结果为通过计算数值模拟来研究一般海湾的地貌形态的形成机理和演化过程提供了实际算例。     

泥沙粒径组成的不均匀性对海岸地形演变的影响

海岸的泥沙输沙模式决定着海岸地形的演变特征,不同的输沙模式会导致形成横向和倾斜沙坝、裂流沟槽等不同的地貌特征。本研究提出了一种考虑泥沙分布不均匀性的新输沙率公式,该公式包含了反映泥沙粒径不均匀性的概率加权和考虑泥沙颗粒遮蔽效应的加权。该公式所给出的载沙量与传统输沙率公式的对比表明,相同中值粒径下,二者有明显差异。将该输沙率公式应用于地形线性不稳定分析,所得到的地形不稳定性增长率不同于假定泥沙为均匀的结果,对应的地形变形波长也有所差别。     

四阶Boussinesq模型验证及非线性精度对数值结果的影响

基于 Madsen 和 Sch?ffer(1998)给出的一组四阶 Boussinesq 模型,在非交错网格下基于有限差分法建立了一维数值求解模型.在时间步进上采用三阶 Adams-Bashforth 预报、四阶 Adams-Moulton 校正的格式,模型中引入了内部源项,这更有效地避免造波板二次反射问题.数值模拟了波浪在潜堤上的波浪传播变形,利用 Luth 等(1994)的实验数据来检验本文模型.在模拟 Ohyama 等(1994)的实验时,讨论非线性精度对数值结果的影响,结果表明高阶非线性对数值模拟波浪演变非常重要:非线性精度越高,其对比效果越好.     

港口内靠码头系泊船运动的计算

本文以英国南海岸处Ｓｈｏｒｅｈａｍ港内系泊船为例，研究了港口内靠码头系泊船运动的数值计算问题。该船的实船实验和模型实验已经完成，为验证本文计算结果提供了依据。运动方程在时域内求解。在计算船体脉冲响应函数时，引入了船体阻尼系数在频率很低时的渐近表达式和一迭代算法。分析了港内共振波浪和其对船体的作用力。讨论了靠码头系泊船运动的非线性特征。计算结果与实验结果符合很好。