波流共同作用下废黄河河口水下三角洲地形演变预测模式

通过对废黄河河口水下三角洲海域水文、泥沙、沉积和地形的调查分析，对组成水下三角洲-10--15m以深的平坦海床、-5--10m间的水下斜坡、-5m以浅的近岸浅滩三个地貌单元的水动力特征以及在波流和潮流作用下底部泥沙冲刷率的横向分布进行计算分析，并建立了水下三角洲地形横向剖面地形的演变预测模式。结果表明，在三角洲不同地貌单元内。由于所处不同的水动力条件和底部泥沙特性，出现了不同的侵蚀状态，其中在-10--15m以深的平坦海床，除了3m以上的大浪外，水动力作用以强劲的潮流冲刷为主，目前已接近冲刷相对平衡的状态，在-5--10m间的水下斜坡，受波浪和潮流的共同作用，冲刷强度大，地形剖面呈继续平行后退状态；-5m以浅的近岸浅滩，潮流作用相对较弱，以波浪为滩面的剧低为主，水深线不断向岸方向移动、滩宽变窄；0m以上的潮间带滩地，则波浪和潮流作用均较弱，近岸高滩接近相对稳定状态，有利于海岸线的工程防护。     

波浪水流共同作用下人工岛周围局部冲刷的研究

本文采用系列模型延伸法研究粉砂质海床上的人工岛在波浪和水流共同作用下的局部冲刷问题，对两个不同比尺的模型岛进行动床实验，测得模型岛周围底砂的冲刷深度及冲刷范围，将这两个比尺模型的实验结果经延伸而获得原体人工岛周围可能发生的最大冲刷深度，同时，在理论上探讨了模型与原体之间最大冲刷深度的比尺关系，研究中对三种不同方向组合的波流作用下人工岛周围的局部冲刷进行了实验，结果表明，以波流同向时的冲刷最为严重。     

计算孤立桩柱上波流共同作用力的修正的Morison方程

自1950年Morison方程问世以来,它在海洋工程设计中得到了广泛的应用,同时,许多学者对它进行了大量的研究工作。对纯波浪情况和纯水流情况,按照Morison方程计算桩柱上的水动力,已经有较成熟的成果,然而对波浪与水流共同作用情况下桩柱上水动力的研究却很少,仅见于文献[1-8]。     

波浪水流共同作用下人工岛周围局部冲刷的研究

本文采用系列模型延伸法研究粉砂质海床上的人工岛在波浪和水流共同作用下的局部冲刷问题。对两个不同比尺的模型岛进行动床实验，测得模型岛周围底砂的冲刷深度及冲刷范围，将这两个比尺模型的实验结果经延伸而获得原体人工岛周围可能发生的最大冲刷深度。同时，在理论上探讨了模型与原体之间最大冲刷深度的比尺关系。研究中对三种不同方向组合的波流作用下人工岛周围的局部冲刷进行了实验，结果表明，以波流同向时的冲刷最为严重。     

波流共同作用下海底人工边坡动态响应分析

为了研究波流共同荷载作用下开挖基槽附近海床动态响应和液化破坏情况,提出一个二维耦合计算模型,采用雷诺时均纳维-斯托克斯（RANS）方程描述波浪运动情况,通过设定侧边界条件实现稳定流场。海床部分通过求解Biot固结方程,得到波流荷载下海床中的应力和位移情况。将模型计算结果与水槽试验数据和解析解进行比较,验证了波流模型和海床模型的有效性。在此模型基础上,分析得到了开挖之后海床新的应力和固结状态。同时,通过参数分析得到了波流耦合情况下波浪形态的变化,以及海流对海床液化情况和孔压情况的影响。最后,通过线性回归计算得到最大液化深度与流速的拟合关系曲线。计算结果可用于判断基槽开挖后不规则海床的液化情况,对相关研究和实际工程具有一定参考意义。     

潮流、波浪综合作用下河口二维悬沙数学模型

本文根据河口水流动力特性和泥沙变化规律，把波浪运动概化为具有时均意义的波浪流分布场，将“波流幅射应力”、“波流摩阻力”以及“波流挟沙力”三个要素归纳到水流运动方程和悬沙输送方程中去，构成潮流、波浪综合作用下河口二维悬沙数学模型计算系统。通过对珠江口黄茅海悬沙冲淤过程的实际算例，表明该系统模拟河口悬沙在潮流和波浪综合作用下的分布特性和冲淤趋势方面，具有良好的应用前景。     

波流共同作用下珊瑚礁冠层附近平均流分布及阻力特性试验

本文通过物理模型试验研究了波流共同作用下珊瑚礁冠层附近平均流的分布特征以及阻力特性,分析了典型波浪工况下无潮流、正向潮流和反向潮流分别作用下平均流速、摩阻流速、阻力系数的沿礁变化规律。结果表明：无潮流时礁前斜坡及外礁坪上存在海底回流且在礁缘附近回流最强,在礁坪上冠层附近平均流表现为向岸流,且该流沿礁向海岸方向持续增大。相较于无潮流时,正向潮流作用下冠层内外均为向岸流,在礁坪上冠层内外的向岸流显著增大;反向潮流作用下冠层内外均为离岸流且在礁缘处达到最大,该离岸流在礁坪上逐渐减小然后趋于稳定。无潮流时礁坪上摩阻流速呈小幅波动;相较于无潮流时,正向潮流、反向潮流影响下礁坪上摩阻流速显著增大,其中正向潮流影响下增幅更大;无潮流时礁坪上水力粗糙度沿礁减小,正向潮流和反向潮流影响下水力粗糙度普遍有幅度不等的增加。三种工况下礁坪上的阻力系数均沿礁整体呈下降趋势,相较于无潮流时,正向潮流和反向潮流影响下礁坪上的阻力系数显著增大,且正向潮流作用时增幅更大。     

辽东湾近海波流作用下的泥沙浓度特征分析研究

海岸和河口地区是波浪和潮流相互作用最复杂的区域,在潮流和波浪作用下,该区域泥沙运动是当下的研究热点,也是难点。为探究波浪和潮流共同作用下的泥沙悬浊度的分布情况,本文采用辽东湾近海区域实测水文及泥沙悬浊度数据,进行波流作用下的泥沙浓度特征分析研究。分析显示:观测期间,潮流呈现半日潮性质,呈现东北-西南走向,涨潮流流速略大于落潮流流速;观测期间波浪以西南向波浪为主;泥沙浓度与垂向水深呈正比关系,且与流速相关性较好,而与波高、波浪周期相关性较差;利用窦国仁公式对辽东湾近岸泥沙浓度与动力条件关系进行拟合分析,得到α、β分别为0.0045和0.00037,相关系数γ=0.76。     

大尺度圆柱墩群周围的波流场的数值模拟

本文对波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围的波流场进行了数值研究。利用波浪弥散关系的迭代计算求得波向与流向的夹角以及波浪的相对频率。流场通过求解浅水环流方程得到,波浪场通过求解含流的缓坡方程得到,通过二者的迭代计算得到大尺度圆柱墩群周围的波流场的耦合解。用有限元法建立了数值模型,并将本文的计算数据与试验数据以及其他学者计算数据进行了比较,结果较为合理。     

考虑波浪辐射应力的潮流泥沙数学模型

根据海岸河口地区潮流、波浪、泥沙的运动特点及其相互作用机制,考虑了波浪场产生的"波浪辐射应力"和"波流挟沙力"动力要素对潮流场和泥沙运动的影响,在泥沙扩散方程中考虑了紊动水流作用,采用有限元加权集中质量法,建立了考虑波浪作用的潮流泥沙数学模型,并利用锦州港港区的潮流及泥沙资料对模型进行了验证。验证结果表明,潮位吻合良好,流速、流向、含沙量分布基本相似。在此基础上,模拟了工程建设前后,港区附近潮流场和泥沙淤积的变化,分析了泥沙骤淤现象。模拟结果表明,该数学模型能够适用于海岸河口地区潮流、泥沙的模拟,为波浪作用下潮流场和泥沙淤积的预测提供一种新的模拟方法,具有良好的应用前景。     

Numerical study of wave and longshore current interaction

Wave and longshore current interaction was examined based on the numerical models.In these models,water waves in the presence of longshore currents were modeled by parabolic mild slope equation,and wave breaking induced longshore currents were modeled by shallow water equation.Water wave provided the radiation stress gradients to drive current.Wave and longshore current interactions were considered by cycling the wave and longshore current models to a steady state.The experiments for regular and irregular breaking wave induced longshore currents by Hamilton and Ebersole（2001） and Reniers and Battjes（1997） were simulated.The numerical results indicate that the present models are effective for simulating the interaction of wave and breaking wave induced longshore currents,and the numerically simulated longshore current at wave breaking point considering wave and longshore current interaction show some disagreement with those neglecting the wave-current interaction,and the breaking wave induced longshore current effect on wave transformation is not obvious.     

水流中波浪绕射折射数值计算与分析

提出了水深与流场缓变水域波浪传播数学模型－水流中依赖时间变量并考虑能耗的波浪“缓坡方程”及其等价的控制方程组,分析比较了无不流情况此理论模型与其相庆的两种抛物线型的差别,同时讨论了水流对波浪计算结果的影响。部分计算实例表明：该模型较其他模型能更好地适应河口三角洲大范围水域的波浪传播变形数值计算,且在强流河口呼近岸地区必须考虑水流对波浪影响,否则计算结果将严重失真。     

考虑植物影响的波浪和波生流迭加条件下水动力特性数值模拟研究

海岸湿地是近海地区重要的生态系统,由于潮流、波浪尤其是非连续水流与植被的相互作用,导致该海域的水动力环境复杂多变。本文发展了一个深度平均二维波流耦合数学模型,模拟湿地海域波浪和波生沿岸流的运动特性。水动力模型中植物拖曳力作为源项放入动量方程中,在波浪作用量平衡方程增加波能耗散项用于解释水生植物对波浪产生的阻力作用。在动态耦合模型中,波浪模型为潮流模型提供波浪辐射应力、波高、波浪周期等数据信息,潮流模型为波浪模型提供计算的水位和流速,可以达到双向动态耦合。本文发展的波流耦合模型通过三个实验室试验数据加以验证,计算结果和实验数据吻合较好,在波浪、波生流和植物迭加条件下,所建模型能够有效地模拟波浪、沿岸流等不同现象。     

Numerical investigation of the effect of current on wave focusing

In the present study,a numerical wave tank is developed to simulate the nonlinear wave-current interactions based on High Order Spectral(HOS) method.The influences of current on wave focusing are investigated by use of numerical model.The current is assumed to be constant in space.Focused waves with different amplitudes and frequency spectra are simulated with and without current.The focused wave characteristics,such as surface elevation,the maximum crest and frequency spectrum,with different current are compared.The results show that the opposing current increases the maximum crest and the energy transform during wave focusing process,and vice versa for the following current.     

T型防波堤与波浪相互作用数值研究

针对T型透空式防波堤,通过浪高仪采集防波堤前后不同位置波面变化曲线,使用声学多普勒流速仪(NDV)测量不同位置流速随时间的变化,并分析了其相位平均流速的分布。基于VOF法的二维波浪数值水槽,对规则波作用下T型防波堤附近的动力特性进行了计算,水槽模型试验结果和数值模拟结果对比表明,数值计算结果与实验值吻合较好。采用该模型进一步对T型防波堤附近波浪场、流线、紊动动能、紊动动能耗散率变化以及不同尺寸的防波堤消浪效果进行模拟计算,重点分析了入射波高、防波堤入水深度和防波堤宽度变化的影响。     

大亚湾海域潮流和余流的三维数值模拟

用三维陆架海模式(HAMSOM)对大亚湾海域的潮汐、潮流和余流进行了数值模拟研究,模拟结果与实测值吻合较好。给出了潮流性质、主要分潮的潮流椭圆和余流。计算结果表明,大亚湾海域的潮流性质以不正规半日潮为主,水平潮流具有明显的往复流性质,主要呈南-北方向,落潮流速比涨潮流速大,其中表层M2分潮最大流速为25.3cm.s-1。流速受地形的影响,在大辣甲和黄毛山岛之间以及两岛与岸之间的区域流速较大,尤其在湾的东北角狭长地形处流最急,流速最大;靠近岸边流速较小,水平速度的垂向变化不大。夏季湾内余流较小,海域自净能力较弱。冬季湾内水体的自净能力随流场强度加强而加强。     

内孤立波与海脊相互作用的模拟研究

A nonhydrostatic numerical model was developed and numerical experiments performed on the interaction of an internal solitary wave(ISW) with a sill, for a two-layer fluid with a diffusive interface. Based on the blocking parameter(Br), the flow was classified into three cases:(1) when bottom topography has little influence on the propagation and spatial structure of the ISW(Br0.5),(2) where the ISW is distorted significantly by the blocking effect of the topography(though no wave breaking occurs,(0.5Br0.7), and(3) where the ISW is broken as it encounters and passes over the bottom topography(0.7Br). The numerical results obtained here are consistent with those obtained in laboratory experiments. The breaking process of the incident ISW when Br≈0.7 was completely reproduced. Dissipation rate was linearly related to the blocking parameter when Br0.7, and the maximum dissipation rate could reach about 34% as Br raised to about 1.0. After that, instead of breaking, more reflection happened. Similarly, breaking induced mixing was also most effective during Br around 1.0, and can be up to 0.16.     

An Improved Coupling of Numerical and Physical Models for Simulating Wave Propagation简

An improved coupling of numerical and physical models for simulating 2D wave propagation is developed in this paper. In the proposed model, an unstructured finite element model （FEM） based Boussinesq equations is applied for the numerical wave simulation, and a 2D piston-type wavemaker is used for the physical wave generation. An innovative scheme combining fourth-order Lagrange interpolation and Runge-Kutta scheme is described for solving the coupling equation. A Transfer function modulation method is presented to minimize the errors induced from the hydrodynamic invalidity of the coupling model and/or the mechanical capability of the wavemaker in area where nonlinearities or dispersion predominate. The overall performance and applicability of the coupling model has been experimentally validated by accounting for both regular and irregular waves and varying bathymetry. Experimental results show that the proposed numerical scheme and transfer function modulation method are efficient for the data transfer from the numerical model to the physical model up to a deterministic level.     

Numerical investigation of wave propagation in the Liverpool Bay, NW England

The computer model for near shore wave propagation,SWAN,was used to study wave climates in Liverpool Bay,northwest England with various input parameters,including bottom friction factor,white capping,wind drag formulation and effects of tidal modulations.Results were compared with in-situ measurements and reveal the impacts from these inputs on the predictions of wave height and propagation distributions.In particular,the model results were found very sensitive to different input formulations,and tend to underestimate the wave parameters under storm conditions in comparison with the observations.It is therefore important to further validate the model against detailed field measurements,particularly under large storms that are often of the primary concern.     

一种利用浮标站资料改进海浪模式有效波高预报的方法

基于浮标站海浪历史数据,利用回归分析方法建立了海浪数值模式有效波高预报产品的一元二次回归方程订正统计模型。通过2017年7月1日-2018年10月10日期间业务试运行结果发现:订正方程能有效改善有效波高数值预报产品的预报精度,且预报时效越短订正效果越显著。其中,第6~11 h预报时效内的订正前后平均绝对误差值减小0.17~0. 241 m,第6~18 h预报时效内订正前后均方根误差减小幅度为0.103~0. 28 m。这说明应用订正统计模型对海浪模式输出产品进行订正,也是改进海浪模式预报准确率的一种有效途径。