海岸带波浪破碎区污染物运动的实验研究

由于波浪在岸滩上的演化、破碎使得污染物在海岸带的运动规律变得十分复杂。通过实验模拟,研究了缓坡海岸(坡度为1:100和1:40)波浪破碎区污染物的运动规律,给出了不同时刻污染物在该区域的运动变化趋势。讨论并分析了在斜向规则入射波、不规则入射波及不同入射波波高作用下污染物在沿岸波浪破碎区域的运动变化方向和相应的运动范围分布规律。给出并分析了近岸波浪破碎区域污染物运动分布规律。     

可渗可压缩海床上墩柱底面波浪渗流压力的计算

本文给出了安置在海床上大尺度墩桩底面波浪渗流压力的计算方法和一些数值结果。考虑了墩柱直接放置在海床上和放置在埋入海床中抛石基床上两种情况。计算中对内场采用有限元方法,对外场给出了两种处理方法:一是给出了渗流压力外场解;二是建立了一个无限元模式。分析中考虑了海床土壤变形和孔隙水压缩性,讨论了海床土壤变形和孔隙水压缩性以及抛石基床对墩柱底面波浪渗流压力的影响。圆墩柱情况的计算结果与其它文献的解析结果和实验结果吻合良好。     

无限深可压缩海床上圆墩柱波浪渗流压力解析解

对建在海床上的海洋工程建筑物,波浪引起的渗流力是不可忽视的环境因素之一.我们给出了圆墩柱下无限深可渗可压缩海床中波浪渗流压力的封闭形式的解析解,进而可以给出作用在墩柱底面上的渗流力和力矩的解析表达式.假定海床土介质是可变形的,孔隙流体是可压缩的,渗流遵从达西定律,则渗流压力的控制方程为▽2p=CM_s∂P/∂t.海底面上的波浪压力由线性波浪理论计算.     

Infragravity Waves Produced by Wave Groups on Beaches

The generation of low frequency waves by a single or double wave groups incident upon two plane beaches with the slope of 1/40 and 1/100 is investigated experimentally and numerically. A new type of wave maker signal is used to generate the groups, allowing the bound long wave (set-down) to be included in the group. The experiments show that the low frequency wave is generated during breaking and propagation to the shoreline of the wave group. This process of generation and propagation of low frequency waves is simulated numerically by solving the short-wave averaged mass and momentum conservation equations. The computed and measured results are in good agreement. The mechanism of generation of low frequency waves in the surf zone is examined and discussed.     

三维辐射应力引起的海底回流垂向分布

海底回流对近岸地形演变起到重要作用。文章给出了应用不同三维辐射应力得到的海底回流的解析解。在推导海底回流解析解时,涡黏系数分别选用了抛物线型、线性和垂向常数涡黏系数,讨论了他们对海底回流垂向变化的影响,给出了考虑不同三维辐射应力的海底回流解析解结果与试验结果的对比。最后将不同学者建立的三维辐射应力加入到本文数学模型中,对海底回流试验结果进行了数值模拟。     

有槽沙坝海岸交叉波浪作用下裂流特征

研究叠加波浪场作用下的裂流特征,有助于全面深入开展海岸裂流的致灾机理及风险评估。为分析水动力和水底地形共同作用下形成的裂流特征,开展了交叉叠加波浪作用下有槽沙坝海岸的裂流流动特征试验,即同时考虑沿岸地形变化（存在沟槽）和交叉波浪共同作用所形成裂流。通过对裂流槽附近ADV（Acoustic Doppler Velocimetry）流速测量结果,分析叠加波浪场和裂流沟槽同时存在时所产生的裂流分布特征。裂流中心位置和宽度受裂流槽和波浪节点共同控制,裂流长度依赖于波高和海岸坡度。无槽情况裂流的驱动力主要是由波浪沿岸不均匀所产生的平均水面沿岸压力梯度,有槽情况裂流的驱动力由平均水面沿岸压力梯度和辐射应力沿岸梯度共同决定,二者量值相对大小依赖于波浪周期。     

非线性波浪时域计算的三维耦合模型

将计算区域Ω划分为内域Ω₁和外域Ω₂(Ω₂=Ω-Ω₁),外域控制方程采用改进线性频散特性的二维Boussinesq方程,用预报一校正法数值求解;结构物附近的内域控制方程为三维Navier-Stokes方程,由VOF方法数值求解。通过在外域和内域相匹配的交界面上设置合适的速度和波面边界条件,建立了三维非线性波浪时域计算的耦合模型。模拟试验表明:(1)耦合模型数值波浪水池可以产生稳定的、重复性较好的波动过程;(2)用耦合模型数值波浪水池求解较大浅水区域上的非线性波浪数值计算问题可以取得较高的计算效率,同时又能得出结构物附近的复杂流场。     

马蹄波波形几何参数的试验研究

为了研究真实海洋表面马蹄波的波形特征,通过物理模型试验研究了马蹄波的波形特征参数。研究中通过引入满足共振条件的扰动波成功在试验室内产生了马蹄波,测量和分析了马蹄波的波面升高和水平弧形波峰的几何特征,定义了新的垂向几何参数和水平几何特征参数,给出了不同水深情况下的这些参数的结果,得出了水深对马蹄波几何形态的影响。理论分析了马蹄波的横向结果,并与试验测量结果和弧形处理结果进行了对比。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,横向波长也越大。     

加强的适合复杂地形的水波方程及其一维数值模型验证

在他人给出的方程的基础上,通过在其动量方程中引入含4个参数的公式,推导出了加强的适合复杂地形的水波方程,新方程的色散、变浅作用以及非线性均比原来适合复杂地形的方程有了改善:色散关系式与斯托克斯线性波的Padé(4,4)阶展开式一致;变浅作用在相对水深(波数乘水深)不大于6时与解析解符合较好;非线性在相对水深不大于1.05时保持在5%的误差之内.基于该方程,在非交错网格下建立的时间差分格式为混合4阶Adams-Bashforth-Moulton的一维数值模型,并在数值计算中利用了五对角宽带解法.数值模拟了潜堤上波浪传播变形,并将数值计算结果与实验结果进行了对比,验证了该数值模型是合理的.     

沿岸流不稳定性的实验研究及理论分析

在坡度为1:40的平面斜坡上进行了单向不规则波的沿岸流不稳定运动实验,观测到了沿岸流的周期性波动(波动周期约为100 s)。利用最大熵方法和三角函数回归法求得这种波动的主频率以及幅值,分析了波动幅值在垂直岸线方向的变化,结果表明该变化与沿岸流变化类似,即在沿岸流最大值附近这种波动强度最大。为了分析波动的机理,利用线性沿岸流不稳定模型对模型实验结果进行了分析,求得了不稳定运动增长模式和波动周期,并与对应实测结果进行了比较,结果表明,计算结果与实测值符合,从而说明实验中观测到的这种周期性波动为沿岸流不稳定引起的剪切波。