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。     

近岸波浪破碎区不规则波浪的数值模拟

基于近岸不规则波浪传播的抛物型缓坡方程和两类波浪破碎能量损耗因子,对近岸波浪破碎区不规则波浪的波高分布进行了数值模拟,并结合实验结果对数值模拟结果进行了验证分析,结果表明采用两类波浪破碎能量损耗因子所模拟的破碎区波高与实测值均吻合良好,波浪破碎能量损耗因子及波浪破碎指标对破碎区波浪波高分布影响较明显。     

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。     

海岸波浪多次破碎波能耗散模型

在坡度很缓(接近或小于1∶100)的海岸,波浪在向海岸传播的过程中,可能经历多次破碎,而在两次波浪破碎之间将伴随着波浪恢复(波浪恢复到不破碎状态)。在现有海岸波高计算模型中,波浪破碎是通过波能耗散来模拟的,但所采用的波能耗散模型都不能自动考虑波浪出现多次破碎的过程,特别精确模拟这一过程中出现的波浪恢复。本文提出了解决这一问题的新的波能耗散模型,模型的建立是通过在Dally模型中重新建立稳定波能、饱和波高水深比和波能耗散系数,并引入了波浪恢复的判断条件实现的。该模型的波能耗散在波浪恢复区的值很小故能描述波浪恢复区的波浪运动。与实验结果的对比表明,新模型可以适合缓坡情况波浪多次破碎的波高模拟,而且对不同坡度的平坡和沙坝海岸(1∶100～1∶10)的破碎波模拟都可以给出与实验结果符合的结果,并且可以自动识别多次波浪破碎的存在和波浪恢复的发生。     

可控深水破碎波的实验室生成方法研究

实验室一般采用波浪聚焦方法生成深水破碎波,通过各组分波浪的波幅叠加生成一个波高显著增大的大波,使其波陡超过极限波陡发生破碎。利用该方法生成深水破碎波浪的破碎次数通常并不唯一,导致波浪破碎后的流场特征不明显;造波参数不易于选取导致研究工况的设置难度大,直接影响深水破碎精细化实验的效果和效率。本文采用聚焦波理论计算波面,并利用上跨零点法定义的波高和波长计算理论波陡,结合物理模型实验统计波浪沿程破碎次数与剧烈程度,研究以JONSWAP谱为造波输入谱型时,聚焦波幅、谱峰频率、频宽等造波输入参数对于波浪破碎情况的影响,从而建立深水波浪破碎次数与造波输入参数之间的近似定量关系,为实验造波参数的选取提供参考,提高实验效率。     

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。     

斜坡上波浪破碎与越浪非静压数值模拟

为合理确定防浪建筑物的越浪量,基于含非静水压力梯度项的非线性浅水方程建立了近岸波浪越浪数值模型。通过采用域内造波、消波并结合波前静压假定的破碎模型,模拟了规则波和不规则波在斜坡上的波浪传播变形,并在此基础上进行了越浪量数值计算。数值计算结果与物理模型实验结果表明,非静压模型可合理地描述波浪破碎点位置、破碎后的波高、增减水以及斜坡上的堤后越浪量。数值模型具有较高的计算精度和计算效率,可为实际工程防浪建筑物越浪以及堤顶高程的设计提供一种新的数值研究手段。     

波高与周期、海况与结构物反应间的等概率组合

各种海洋结构物所受的波浪效应,大体上是正比于海况的强度和波列中个别大的波高的。因此,长期以来海洋工程是以某一累积概率的波高的重现期作为海洋结构物的设计标准。然而,某一设计波高和不同波周期的组合对各类海洋结构物的波浪荷载、从而对结构物的尺度都有十分显著的影响,谷本胜利等[1]计算了在一固定的换算深水波高H_o'=7米的情况下,改变有效波周期T_s=9-16秒时,所要求的直立防波堤的堤宽(见图1)。     

深水波浪破碎特征量与风速和摩擦风速的关系

破碎是常见的海浪现象之一,研究海浪破碎现象在许多方面有重要意义.首先,海浪破碎是海-气相互作用包括动量、热量及质量交换的主要动力因素,而且波浪破碎还涉及到其它海-气边界过程,如海面白浪(whitecaps)、海洋表面气泡、大气贴水层水雾及海洋上层混合等[1,2];其次,由于破波施加于海洋结构物上的作用力(冲击力)远大于没有破碎时的波浪力,因此,在计算海上建筑物所受外力中,必须考虑破波的出现率及破波强度的影响;另外,波浪破碎会对波高产生影响,因此,在对波高作统计预报时也应考虑波浪破碎的影响[3];还有的学者认为,很多污染物在海洋中的扩散速度与波浪破碎率有密切关系[4].     

平缓岸坡上波浪破碎的实验研究

在１／２００的缓坡上进行了规则波与不规则波破碎的实验研究。在本实验条件下,分析了波形的不对称必至波浪破碎指标的影响,并以此对合田良实和Ｎｅｌｓｏｎ关于极平缓坡上规则波破碎指标的分歧作了解释。本文的研究还表明,底坡坡度ｉ、相对水深ｄ／Ｌ。及波形的不对称必至不规则波的破碎指标的影响较小。合田对规则波的破碎指标在不规则波条件下仍然可用,但系数Ａ应取为０．１５。不规则波波长与同周期按线悸理论计算之波长的比     

关于波浪破碎特性的研究

有关波浪破碎问题的研究是海岸工程界十分关注的课题。本文列举了前人有关波浪破碎特性方面的研究成果；分析了波浪破碎前后波高的变化规律，作出了适当的假定；并考虑了动床海滩坡度、底摩擦以及紊动对波浪破碎特性的影响。应用波动能量耗散率理论，并结合孤立波理论的有关公式，作者推导了计算动床海滩上破碎指标ｒ_ｂ的公式，并进而给出破碎水深ｈ_ｂ与破碎波高Ｈ_ｂ的计算公式。通过不同规模实验水槽的资料验证表明，这组计算式具有广泛的实用性。     

畸形波作用下锚泊方柱系泊张力特性研究

基于物理模型试验,探究畸形波和不规则波作用下浮体系泊张力差异问题。讨论相对波高、相对周期和畸形波参数α1对系泊张力的影响。结果显示:畸形波参数α₁和浮体系泊张力显著相关。在α₁=2.0～2.83范围内,畸形波作用下迎浪侧系泊张力最大值可达不规则波作用的1.9倍。在相对波高H_s/d=0.032～0.097范围内,畸形波作用下迎浪侧系泊张力最大值显著大于不规则波的作用结果,但畸形波和不规则波对应的1/3值及平均值几乎一致。就相对周期影响而言,迎浪侧系泊张力最大差别出现在谱峰周期T_p0p范围内。频域方面采用小波分析方法讨论畸形波和不规则波作用下浮体系泊张力时频谱特征,两种波浪作用下系泊张力时频特征有显著差别。     

由波浪压力记录计算表面波谱

对目前仍广为使用的压力测波仪来说,如何通过波浪在某深度处的压力信息来推算海面的波浪状况呢?根据深水小振幅简单波动的经典理论,关系式H_o=H_z exp[kz]成立,式中H_o、H_z分别表示海面和水深z处的波高。将这一关系式应用于实际资料,则由波浪压力记录可以求出H_z、T_z(或λ_z),再由记录的深度z就可以求出H_o。     

浅水波浪要素确定方法的探讨

本文对比分析了合田的不规则波设计计算法与我国<规范>法相同深水波浪条件下直立堤上波浪要素计算值的差别。表明:<规范>中的浅水系数值 Ks 在 d/L_0<0.08时,应采用非线性波浪理论的 Ks 值,否则偏低。并指出:按合田计算法的最大波高有时比<规范>的波高 H1%偏高较大。     

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。     

波浪在泥床上衰减

本文用长江口航道淤泥进行室内波浪试验研究,得到波高在泥床上传播时沿程按指数函数衰减:H_l/H=exp[-K(l/L)~n]。函数的幂数n和系数K都是相对泥床厚度(D_s/D)、泥床含沙体积比(S_v)的函数,系数k还与波坦(L/D)和相对水深(D/H)有关。本文还探讨了波浪衰减与泥床波动、水体含沙浓度分布的关系,获得了波浪对泥床作用所产生泥沙运动的一些规律和特点。     

波浪增减水的实用数学模型及其数值模拟

提出了一种模拟近岸区波浪增减水的实用数学模型.首先采用考虑波能损失的抛物型缓坡方程数值模拟波浪破碎引起的波浪复振幅变化,接着根据计算得到的波浪复振幅,采用一种新的辐射应力公式计算辐射应力分量,然后采用深度平均方程计算波浪破碎产生的增减水.采用该模型对规则波和不规则波破碎引起的增减水进行了数值模拟,数值模拟结果与实验结果吻合良好,表明该模型可有效模拟近岸区由于波浪破碎引起的增减水.     

多向不规则波浪的确定性模拟

波浪波动时间过程及波列的模拟,对于开展实际波浪对于工程建筑物的作用具有重要的意义。本文采用线性叠加的单叠加模型,建立了多向不规则波浪的确定性模拟方法。基于理论模拟的规则波、单向不规则波和多向不规则波,验证了波浪确定性模拟方法的有效性。定性地对比分析了模拟波列和已知波列的一致性;定量地研究了模拟波浪在空间范围rr/L_s的误差分布情况(rr表示指定位置与给定位置的空间距离,L_s为有效波长)。并且建议,采用本文方法进行波浪确定性模拟时,最佳的浪高仪间距应小于0.12L_s。     

均匀倾斜水底上非线性波浪的传播与变形Ⅱ——波浪的破碎

本文依据前文[1]提出的理论系统讨论倾斜水底上的破碎深度及破碎波高等波浪破碎特性。文中采用了运动学波浪破碎判据并考虑了回流对波浪破碎的影响。考虑到问题的复杂性,引入两个经验参数后所得的最终结果与观测较好地符合。进一步的实验验证与理论研究是必要的。     

深水破碎波判据的研究──Ⅱ．一种风浪破碎判据的模式及实测结果分析

本文在讨论破碎波判据研究的基础上(文献[1]),根据前人的破碎波研究结果,以及海浪的随机性,建立了一个包含摩擦风速和波浪要素的破碎波判据计算模式,报告了在海上和实验室进行验证的实测结果.其特点是利用良好的现场观测条件和先进的实验设备,对破碎波进行了测量,首次通过划分破碎波的状态,合理地给出了破碎波判据的实测结果,并比较分析了其他几种波浪破碎判据的实测结果及使用范围.本文的计算风浪破碎判据的模式与外海实测结果比较接近,但与实验室测量结果相差较大.