应用Boussinesq方程对由航道开挖所造成水深结构的变化产生的异常波况数值模拟研究

本文应用Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程采用有限差分法建立了非线性波浪数值模式，并应用该模式对由航道开挖所造成的水深结构变化对波浪传播产生的异常现象进行了数值模拟研究。从结果分析可知，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，而在航道两侧反射并与直接入射波叠加的结果。因此对于由水深的变化产生的波浪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。     

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％。     

风暴潮对海浪影响的数位研究

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。海浪模式中包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南的变化。计算结果表明：静水深为１０ｍ及风速为３０ｍ／３时，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于５％。     

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....     

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。     

变水深对畸形波及其时频能量谱的影响

使用VOF (volume of fluid)方法实现了变化水深条件下畸形波的数值模拟,使用小波分析方法计算模拟结果的时频能量谱,发现变化水深可以加强波浪的非线性相互作用,使转化到高频端的能量更多,产生了不对称程度更大的畸形波.     

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.     

水动力时空变化对近岸风浪演化的影响——以渤海湾西南岸为例

采用SWAN模型和ADCIRC模型建立了风浪、潮汐和水流联合作用的耦合数值模式,并通过渤海湾西南岸实测资料对该模式进行了验证。利用该模式分析了近岸区水位和流场时空变化对风浪模拟结果的影响,计算结果表明水位变化对近岸区风浪模拟结果有显著影响,特别是中等大风过程高潮位时波高受水位影响的变化幅值可达0.5m以上,且水深越浅影响越大。但在岸滩平缓的近岸海域由于流速、流向的时空变化不太剧烈,流场作用和波浪辐射应力作用对波浪场的影响都基本可以忽略。在模拟近岸风浪过程时,应选用耦合模式。     

多波束测深系统在航道测量中的关键问题探讨

介绍了多波束测深系统与GPS RTK技术集成的工作原理及优势,并以秦皇岛港航道疏浚前后多波束扫海测量为例,论述该作业模式中的几个关键问题,即在声速改正和参数校准的前提下,RTK三维水深测量省去传统水深测量中繁琐的水位测量,能够自动消除波浪起伏和动态吃水变化的误差影响。航道疏浚结果表明,在近海海域该方法可以取代有验潮的常规水深测量,既能指导疏浚施工,又能方便检查疏浚结果,为今后的相关工作提供参考。     

基于双层Boussinesq方程的三维波浪数值模型及其验证

Liu等给出的最高导数为2的双层Boussinesq水波方程具有较好的色散性和非线性,基于该方程建立了有限差分法的三维波浪数值模型。在矩形网格上对方程进行了空间离散,采用高阶导数近似方程中的时、空项,时间积分采用混合4阶Adams-Bashforth-Moulton的预报—校正格式。模拟了深水条件下的规则波传播过程,计算波面与解析结果吻合较好,反映出数值模型能很好地刻画波面过程及波面处的速度变化;在kh=2π条件下可较为准确获得沿水深分布的水平和垂向速度,这与理论分析结果一致。最后,利用数值模型计算了规则波在三维特征地形上的传播变形,数值结果和试验数据吻合较好;高阶非线性项会对波浪数值结果产生一定的影响,当波浪非线性增强,水深减少将产生更多的高次谐波。建立的双层Boussinesq模型对强非线性波浪的演化具有较好的模拟精度。     

波浪浅水变形的数值计算

本文给出缓慢倾斜海底上波浪浅水变形计算的数值模式。该模式取相对水深h/L0＝0．1为连结点，根据已知的初始波要素值,使用线性波理论和椭圆余弦波理论，分别计算因水深变浅引起的波高、波速的波长的变化。     

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波浪模型的港池波浪数值模拟与泊稳分析

基于Boussinesq方程的MIKE21-BW模型,建立等水深、双突堤式的波浪数值港池,采用不同的波浪入射方向和双突堤口门宽度,分别对波浪经双突堤后的绕射情况进行模拟.根据《港口与航道水文规范》中的计算参数和突堤绕射系数结果,对BW模型进行率定和验证,结果表明二者吻合度较好,可以较好地描述港池的泊稳状况.在此基础上,...     

Boussinesq方程波浪数学模型的应用

介绍了Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ 方程的推导过程和发展过程,基于深水和缓变地形的色散关系,建立了Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程的波浪数学模型。该模型可以产生波浪,模拟吸收边界和不同反射率的反射边界。该模型可用于研究深水和浅水地区波浪的浅水变形、折射、绕射和反射     

水下圆形浅滩附近波浪绕射的计算

采用波数矢量无旋和波能守恒方程对圆形浅滩附近水域波浪绕射进行了数值计算,计算模型中采用Ｂａｔｔｊｅｓ关系与波数矢量无旋,波能量守恒方程一起联合求解圆形浅滩附近水域波浪折射影响下的波浪要素。本文的数值计算模型对圆形浅滩水域波浪折射绕射现象的验证结果表明,计算所得结果与试验结果是吻合的,数学模型是可靠和合理的,具有实用价值。     

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。     

波浪辐射应力对海流模式影响的数值分析

将波浪辐射应力,特别是地转意义下的波浪辐射应力引入海流数值模式POM(princeton ocean model),在渤海海域进行了初步的数值研究。在目前的数值分析中仅考虑了波浪辐射应力的横向分量(也是最重要的分量)。在POM模式中引入非地转和地转意义下的波浪辐射应力两种方案,并与原模式直接运行(即不考虑波浪辐射应力)的结果进行比较。比较显示,波浪辐射应力,特别是地转意义下的波浪辐射应力对海流模式结果的影响不容忽略。在海浪场存在的条件下,由风应力和地转意义下浪致作用力共同作用产生的海流强度应比理论上Ekman漂流的强度大,尤其是在浪致作用力显著的表层,表层流将明显增强,且不会完全符合Ekman漂流理论的转向规律。