近岸波生流数值计算的一种新方法

运用Hardy-Cross法的基本原理建立了一种波生流计算的数值模型.本方法在维持计算稳定性方面表现出色,解决了以往的计算方法所存在的计算不稳定的根本缺陷,但是运用这一方法进行实际问题计算时还明显存在计算收敛缓慢的现象,对此,在探讨计算收敛原因的基础上,提出了同心矩形回路补正、粗网格计算初始值等对策.运用这些对策成功地提高了计算的效率和精度.最后通过计算例验证表明,运用本方法既能有效地维持计算的稳定,又能有效地解决局部缓和法所固有的计算效率低的问题,从而为研究和预测海岸工程对地形及环境变化影响问题提供了合理、实用的方法.     

近岸波浪和波生流环境中泥沙输运的数值模拟

Owing to lack of observational data and accurate definition,it is difficult to distinguish the Kuroshio intrusion water from the Pacific Ocean into the South China Sea(SCS).By using a passive tracer to identify the Kuroshio water based on an observation-validated three-dimensional numerical model MITgcm,the spatio-temporal variation of the Kuroshio intrusion water into the SCS has been investigated.Our result shows the Kuroshio intrusion is of distinct seasonal variation in both horizontal and vertical directions.In winter,the intruding Kuroshio water reaches the farthest,almost occupying the area from 18°N to 23°N and 114°E to 121°E,with a small branch flowing towards the Taiwan Strait.The intrusion region of the Kuroshio water decreases with depth gradually.However,in summer,the Kuroshio water is confined to the east of 118°E without any branch reaching the Taiwan Strait;meanwhile the intrusion region of the Kuroshio water increases from the surface to the depth about 205 m,then it decreases with depth.The estimated annual mean of Kuroshio Intrusion Transport(KIT) via the Luzon Strait is westward to the SCS in an amount of –3.86×106 m3/s,which is larger than the annual mean of Luzon Strait Transport(LST) of –3.15×106 m3/s.The KIT above 250 m accounts for 60%–80% of the LST throughout the entire water column.By analyzing interannual variation of the Kuroshio intrusion from the year 2003 to 2012,we find that the Kuroshio branch flowing into the Taiwan Strait is the weaker in winter of La Ni?a years than those in El Ni?o and normal years,which may be attributed to the wind stress curl off the southeast China then.Furthermore,the KIT correlates the Ni?o 3.4 index from 2003 to 2012 with a correlation coefficient of 0.41,which is lower than that of the LST with the Ni?o 3.4 index,i.e.,0.78.     

温州近岸围堤对风暴潮漫滩影响的数值研究

利用-套基于非结构网格且能计算海水漫堤溢流的超高分辨率风暴潮漫滩数值模式模拟由9417号台风特大风暴潮引起的漫滩,结果与实测吻合良好。此外,选取超强台风强度并以9417台风路径为南路径,往北每间隔30 km为中路径和北路径设计了3条台风路径,进行了-系列数值模拟得出:近岸围堤加大了风暴潮、漫滩淹没对温州的威胁,而且由南路径引起的漫滩深度和中路径引起的漫滩面积影响最大。究其原因,近岸围堤对外海风暴潮在温州近海及瓯江口传播的阻隔和分流作用,两者综合变相加大了风暴潮往瓯江口北侧海域、瓯江北口、瓯江中上游的输送量。     

近岸流对波浪传播影响的数值分析

使用近岸波浪模型SWAN计算存在沿岸流和离岸流时的近岸波浪传播。先设离岸流u=0m/s,模拟均匀、非均匀沿岸流的流速和梯度对波高传播的影响;再设沿岸流v=0.5m/s,模拟均匀、非均匀离岸流的流速和梯度对波能高传播的影响。从模拟中得到,近岸波浪传播受沿岸流、离岸流的流速和梯度影响时,波高的变化规律。     

流对波场影响的计算

一、引言海洋工程建筑物,受到各种海洋环境外力的作用,其中海浪的作用是最重要的。许多海洋工程是建立在近岸和河口地带,因此,潮流的涨落对海上建筑物的作用,也是不可忽略的。流和波浪相互作用时,可以改变波场。当波浪与流的作用反向时(以下简称反向流),波高增加,波长减小;当波浪与流的作用同向时(以下简称同向流),结果正相反。因此,反向     

波生沿岸流的数值模拟研究

采用完全非线性Boussinesq方程建立的FUNWAVE模型进行波生沿岸流数值模拟研究,通过对不同斜坡地形和波浪入射条件下波生流的物理模型实验结果进行比较,验证了该数值模型能较准确地计算沿岸流;通过改变波浪的不同入射条件,对不同入射条件的沿岸流数值模拟得出:当其他条件不变时,仅入射波高增大时,沿岸流的流幅和幅值增大,幅值位置向深水移动;仅增大入射周期时,沿岸流的流幅显著增加,幅值的增加较小;斜坡地形坡度的改变能显著影响波生沿岸流的流幅和幅值,但对沿岸流幅值位置的水深影响不大。采用窄缝法处理动边界时,选择合适的窄缝起始水深对沿岸流的准确计算是十分必要的。     

波浪谱形对不规则波数值模拟的影响

通过数值模拟分析了波浪谱形对不规则波浪数值模拟结果的影响.采用不同参数的JONSWAP谱模拟入射波要素,基于抛物型缓坡方程模拟不规则波浪的传播,分析了波浪谱形状对波浪数值模拟结果的影响.结果表明,采用抛物型缓坡方程模拟不规则波浪时,入射波浪谱形对模拟结果影响不明显;但由于模型中非线性项的影响,采用不规则波模拟的波高分布和采用规则波模拟的结果略有差别.     

人工岛周围的波生流计算方法

针对Hardy-Cross法的基本原理建立的一种波生流计算的数值模型在计算处理人工岛周围区域方面还存在的问题,提出了解决处理方法,并通过算例验证了该模型能够运用于人工岛等岛状非水面区域附近的波生流计算,从而消除了Hardy-Cross法实用化中的一个障碍.     

街区尺度风暴潮漫滩数值模拟

本文利用ADCIRC模型,在宁波市北仑区建立了街区尺度的风暴潮漫滩模型,北仑区陆地分辨率达5～10 m。模拟结果整体展现漫滩淹没城市街道建筑的过程,细致刻画了水流在街区和建筑错综复杂分布时的流动情况,以及不同建筑物附近水深的变化,比以往的漫滩模拟更加精细,体现街区尺度网格的优势。数值模拟结果表明:此模型可以较好地模拟1211号台风“海葵”和5612号台风“温黛”的风暴潮过程。利用卫星遥感图像对北仑区地物进行分类,考虑下垫面底摩擦变化对漫滩模拟的影响。对比未考虑底摩擦情况的模拟实验结果,淹没面积减少了21.4%,大部分区域水深降低在0.1～0.2 m,街区尺度网格细致展示出不同地物所在区域的水深降低程度以及淹没面积变化。     

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。     

海平面上升对河北黄骅台风风暴潮漫滩影响的数值研究

基于河北省黄骅地区的风暴潮漫滩灾害风险评估模型,利用成熟的业务化台风风暴潮数值预报模式、100m分辨率的风暴潮漫滩数值模式,以及该地区的海平面上升和地面沉降结果数据,对台风登陆地点、路径、方向进行科学组合,利用各种组合参数条件进行数值计算,得到了995、985、975、965hPa四种台风强度下,海平面上升对风暴潮漫滩的影响。在相对海平面上升50cm和100cm情况下,四种台风强度的风暴潮平均最大漫滩面积分别增加了约35%和86%;台风强度中等,即985或975hPa时,风暴潮最大漫滩面积的增加更为显著。研究表明,海平面上升对该地区的漫滩影响非常明显,有效防范风暴潮灾害的同时,在气候变化的大背景下,应进一步研究和提出应对海平面上升的长效防治措施。     

近岸岛屿周围波生流的数值模拟

基于非结构网格有限体积法的环流模型,建立了相位平均的波流作用模型。模型中考虑了波浪破碎效应的三维辐射应力和波流作用下的扩散系数。通过模拟试验水池中人工岛和天然岛屿周围的波生流,对岛周围波生流的运动特征进行了分析。当波浪垂直入射到均匀斜坡上的人工岛时,岛周围产生回流和对称的环流,流速沿水深分布稍有差异。在天然岛屿中,入射波浪在近岸形成沿岸流。靠近岸线岛屿周围的沿岸流比离岸较远岛屿周围的流速大。这和辐射应力在浅水区域作用有关,岸线区域波生流特征明显。近岸岛屿周围在波浪辐射应力下产生不同的波浪增水,该波浪增水形成压力梯度进而促进岛屿周围的流态变化。     

胶州湾的波浪数值计算

本文利用波浪方向的能量分布概念和公式,计算了胶州湾多年一遇的设计波浪要素,并绘制了整个胶州湾主要方向50a一遇波高和周期的分布图.由此可以了解胶州湾波浪的地域特征和方向差异.     

数值水槽内的阻尼消波和波浪变形计算

采用时域内对波面运动位置追踪的边界元方法,建立了一种非线性波浪变形计算的三维数值模式,并借助Spongelayer阻尼消波和Sommerfeld放射条件相匹配的处理方式,开发了一条三维非线性波的数值造波水槽,进而对水槽内的Stokes波进行了波浪变形计算。     

近岸波浪数值计算中两种动边界处理的比较

在近岸波浪数值计算中,动边界处理是不可避免的问题。文章基于Boussinesq方程的FUNWAVE-TVD模式,引入窄缝法对波浪水槽实验进行数值模拟,比较窄缝法和干湿网格法的波浪数值计算结果;设计多种周期和波高的波浪数值试验,分析两种动边界处理下数值计算结果的差异。结果表明,两种动边界处理对近岸波浪破碎的数值模拟有影响,对波浪漫滩区的计算影响尤为显著。     

胶州湾高分辨率三维风暴潮漫滩数值模拟

基于海表气压项改进的FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model)海洋模式,研发胶州湾高分辨率三维风暴潮漫滩数值模式(JS-FVCOM).利用 JS-FVCOM 模式通过对天文潮、台风强度和径流3要素的不同组合,共设计了5个试验,分别进行风暴潮漫滩模拟实验.分析各试验结果得到如下结论:(1)随着台风最大风速的增加,风暴潮增水迅速增加,当综合水位超过防潮堤高程后增水速度明显减慢.海水淹没范围和淹没深度受综合水位超防潮堤高程时间影响明显.(2)在入海河流的河口区,当洪水位与高潮位相遇时,由于高潮位的顶托作用,洪水下泄不畅,造成综合水位上升明显,极易发生海水漫溢现象.JS-FVCOM 的模拟结果清楚地再现了海水漫堤的淹没过程,可为紧急情况下的人员疏散提供科学的基础数据.     

风暴潮漫滩数值预报模式分析与探讨

用Ｆｌａｔｈｅｒ可变边界模式数值模拟黄河三角洲的风暴潮漫滩，比较计算的三种漫滩模式，讨论可变边界条件。     

潮汐和流影响下长江口波浪场数值计算

采用SWAN模型和REF/DIF模型进行嵌套计算的方法来获取长江口海域实际波浪场.其中设计一种根据入射波向即时生成计算网格的方法,解决REF/DIF模型对于波浪入射角的限制从而实现两种模型的嵌套.为考虑水流和潮位分布的空间差异对波浪传播变形的作用,利用二维流场模型计算长江口的水位和流场过程,在实际波浪计算中引入了水位和水流作用.计算结果与观测资料的对比表明:1)SWAN模型和REF/DIF模型的嵌套计算方法可以作为提高浅水区域波浪计算精度的一种有效途径;2)水位和水流对长江口波浪计算的影响显著,考虑了水位和水流条件后,尤其是在大潮期间,能比较显著地提高计算精度.     

地形和流同时影响下波向线的数值计算

本文提出一种同时考虑地形和均匀流影响的波向线数值解法及其具体的计算步骤。作为例子，对一种理想的简单地形作了数值计算并绘出波向线图．计算结果表明．流对波浪折射有明显的作用。