陡坡上孤立波爬高的数值模拟

波浪爬高是海岸工程中重要的水动力学问题之一,其数值模拟方法通常是通过离散Navier-Stokes方程或Boussinesq方程实现的,其中基于光滑粒子流体动力学方法是近年发展起来的。本文应用该方法模拟相同水深下,不同波高的孤立波在45(°)陡坡上的爬高,模拟结果与理论计算结果及已有物理模型试验结果进行了对比,并模拟出孤立波激散破碎过程及粒子分布和速度场的变化过程。结果表明,对密度近似方程进行重新初始化保持了流场内的质量守恒,同时整个计算域内的压力分布更加规则,说明光滑粒子流体动力学法在波浪爬高计算中的有效性。     

植物护岸对船行波消减效能的试验研究

内河航道岸坡上种植植物,能够起到消减船行波、保护岸坡稳定的作用。本文借助物理模型试验,通过对不同植物分布密度、不同航速的组合试验资料分析,发现柔性植物对船行波具有显著的消减功效,并呈现随着植物密度的增加,植物对船行波爬高、回落、流速的消减呈现出逐渐趋缓的态势,经过拟合分析,确立了植物分布密度与消减船行波爬高与回落关系的经验公式,可为生态航道构建提供技术支持。     

船行波对H-ADCP 影响分析研究

作为当今世界上最先进的测流仪器，水平式声学多普勒流速剖面仪（Horizontal Acoustic Doppler Current Profiler，H-ADCP） 因其精度高、速度快等突出优势在河流中的应用越来越广泛，但在航运业发达地区，由于受船行波的影响，很难得到稳定可靠的流速数据，阻碍了H-ADCP在平原河网地区的应用和推广。目前技术上很难做到完全消除船行波的影响，本文将H-ADCP应用在平原河网地区对流速进行测量，并分析了船行波对测量精度的影响。从H-ADCP设备选型、测量和安装方式、测量预处理、数据后处理等多方面入手，可以有效消减船行波对H-ADCP 的影响，从而提高测流精度。同时，通过实验测量断面一天内平均流速变化情况，得到受船行波影响后的流速波形，然后采用数据处理手段，验证了所提方法的可行性。     

矩形人工岛波浪爬高的数值模拟

本文基于线性绕射理论,提出了采用波源分布法计算矩形人工岛上波浪爬高的数值模型.在三种入射波向(α=0°、45°、90°)下进行数值计算,所得到的结果与整体模型试验的实测结果进行了比较,二者吻合较好.表明波源分布法是确定波浪爬高的一个有效方法,可为人工岛工程设计提供可靠的高度参数.     

片状分布植被对孤立波爬高影响的数值模拟研究

近岸植被对波浪爬坡具有一定的衰减作用。在自然界中,由于植被的死亡、再生或人为破坏等原因,近岸植被通常呈片状分布,且其内部分布也是不均匀的。本文以完全非线性Boussinesq方程为基础,引入植被作用项,建立了模拟近岸植被区波浪传播的数值模型,验证了模型可靠性,进而采用该模型模拟分析了片状分布植被对孤立波爬高的影响。数值模拟结果表明,片状分布植被能有效减小孤立波爬高;对于均匀分布的片状植被,高密度片状植被对孤立波爬高的消减效果优于低密度片状植被;对于相同密度、不同分布形式的片状植被,均匀分布的片状植被对孤立波的消减效果优于不均匀分布的片状植被;对于不均匀分布的片状植被,前密后疏的片状植被对孤立波的消减效果优于前疏后密的片状植被。     

珠江三角洲径潮动力数值模拟与特征分析

在显著人类活动或涉海工程已基本完成后的相对稳定地貌边界条件下,利用1D数值模拟方法,讨论了各种典型水文条件下珠江三角洲网河水文要素的空间分布,主要汊口的分流比及能量分布等径潮动力特征.结果表明:1)网河中高水位河道主要集中在西、北江网河干流的中上段,从网河顶端至口门,高低水位间的差值逐渐加大;2)网河区的涨潮流因来流情况不同差异较大,大水大潮期潮流界下移至口门段,枯水期潮流界上移,三角洲网河全域感潮;3)各主要汊口的分流比在各水期中均有相对稳定的分配关系,一般变化值小于5%;4)在网河区上段泄洪区,具有较大的能流率,枯水期,能流率普遍较小,但在网河区下段受潮汐影响显著的河道,则具有相对较高的潮能通量.Fr计算结果表明河道断面比能中重力作用相对惯性力要大得多.     

斜坡堤波浪爬高和越浪数值模拟

基于FLUENT软件,采用k-ε湍流模型和VOF方法追踪自由表面,由连续性方程和动量方程推导出源函数,根据数值水槽各个区段的功能设置,借助其UDF二次开发功能,实现无反射的源造波,在验证水槽两端消波有效性的基础上,数值模拟规则波在不可渗透斜坡堤上的波浪爬高和越浪。通过与物模试验研究成果相对比,表明建立的数值水槽具有高效性和较高精度,可供实际工程参考应用。     

多向不规则波浪作用下群墩结构上爬高的计算研究

波浪的方向分布对波浪的传播及其与工程结构物的作用都具有明显影响,目前现有的研究大多是基于单向波浪进行的。为了研究方向分布对群墩结构上的爬高影响,基于规则波浪与群墩作用的理论解,结合多向不规则波浪的造波方法,建立了多向不规则波浪与群墩作用的计算模型,同时进行了物理模型试验对模型的有效性进行了验证。系统地对群墩周围及表面上的波浪爬高进行了计算分析,结果表明,方向分布对波浪爬高具有较大的影响,且不同位置处的影响并不相同,在实际的工程设计中如果按照单向波浪计算,可能低估或者高估群墩周围的爬高。     

全新世以来珠江三角洲快速沉积体的初步研究

根据珠江三角洲代表性钻孔资料以及PRD-LTMM长周期"动力-沉积-形态"模型分析了珠江三角洲形成发育过程中的快速沉积现象,提出了珠江三角洲快速沉积体的概念,并且对典型快速沉积体的成因进行了初步分析。快速沉积体有明确的沉积环境和特定的沉积动力成因,沉积速率为每年厘米级,研究它可以深入地揭示珠江三角洲基本沉积单元的形成过程,为探索珠江三角洲的形成、发育机制打下基础。初步发现的快速沉积体有古汇潮点快速沉积体、古涨潮射流快速沉积体和台地周边快速沉积体。研究结果表明,快速沉积体的形成多与特定的地形边界条件下形成的中、小尺度动力结构有关,具有高度的时空变化。掌握珠江三角洲地形边界的特点、变化过程及其作用下的中、小尺度动力结构是研究珠江三角洲快速沉积体的关键。     

珠江三角洲河网一维水动力模拟的有限元法

仿照四点隐式差分法在每个单元内部形成独立的单元方程组,改进有限元软件包RMA对潮汐河网水动力进行一维数值模拟.通过空间、时间上的离散,利用Galerkin法弱形式构造圣维南方程组的有限元控制方程组,运用Newton_ Raphson 法和FRONT法求解非线性总体方程组,结合边界条件和初始条件求得数值解.根据2001年实测数据,对珠江三角洲河网进行了水动力数值模拟计算,其计算结果与实测值、经典FDM计算值相符.     

冰后期珠江三角洲沉积物通量的初步研究

从珠江三角洲283个钻孔资料中识别出了冰后期海侵旋回底界面,从269个钻孔中识别出了最大海侵面,记录了它们的埋深值,并由此计算了冰后期及其海侵和海退期间的沉积物总量,结果表明,珠江三角洲在冰后期及其海侵和海退期间的沉积物总量分别为114.09,36.70,77.39Gt.海退期沉积量大于海侵期.以现今珠江输沙量的约84%沉积在三角洲范围内计算得到冰后期珠江年均输沙量约为9.91Mt,6000a以来的年均输沙量约为15.35Mt.     

珠江三角洲及河网形成演变的数值模拟和地貌动力学分析:距今6000~2500a

珠江三角洲是我国一个极其复杂的大尺度河口系统,具有独特的河网体系和河口湾.为了探讨距今6 000 a以来珠江三角洲和河网的形成演变,提出一个长周期动力形态模型(PRD-LTMM)并讨论长周期模拟方法的建模和验证思想,重建了距今6 000 a海进盛期的古珠江河口湾的水下地形作为模型的初始边界.在模型中考虑的驱动力和控制因素包括代表潮、河流流量、泥沙输入、海平面变化、沉积物压实率及新构造运动等.分析和计算了三角洲总沉积量、有效堆积空间和沉积速率,用于模型控制和校验.应用必要的模型约减技术,实际模拟了长周期模型.34个14C测年钻孔资料初步验证了模型的正确性,一些古文化遗迹证据可以印证模拟结果.地貌动力学分析进一步论证了计算结果的合理性,阐述了模型输出的地学意义.现阶段的研究揭示出海进盛期以来珠江三角洲的时空演进过程具有一些与已有研究成果大不相同的新的特征.提出距今6 000 a以来珠江三角洲等沉积时间线和若干沉积模式.珠江三角洲发育演变及其特征在很大程度上源自其继承性的地质地貌构造所造成的独特的古海湾构造形态及其对河流和海洋动力分布的重塑.珠江河口的“门”及其双向射流动力体系对珠江三角洲和河网主干,特别对口门的形成演变起了控制性的作用,模拟结果还表明,古珠江河口湾中散落的众多基岩岛丘边沿沉积是影响珠江三角洲长期演变的重要因素.     

珠江三角洲河道近期冲淤特征初步分析

近20多年,在人为因素影响下,珠江三角洲网河区和口门区的水沙分配发生了 重大变化．水沙东输,加速了伶仃洋的淤积,其年均淤积量、水域缩减面积、滩涂的年 均增长率,分别为磨刀门的2．4倍、1．7倍、6.4倍．网河区河道由淤转冲,过水断面面 积扩大13．9％～31．9％;冲刷速率12～21cm／a．     

畸形波作用下半潜式平台波浪爬升与气隙响应特性

半潜平台的波浪爬升与气隙响应是设计过程中的重要考量因素。为探究随机波浪场中畸形波对半潜平台波浪爬升及气隙响应的影响,将含畸形波的随机波浪试验与一般随机波浪试验结果进行了对比研究分析。对模型试验测得的运动以及监测点处的波浪爬升及气隙进行频谱分析以及极值统计分析。研究发现,纵荡和纵摇的极大值主要受畸形波的影响而显著增大,纵荡、垂荡以及纵摇响应谱几乎不受单个畸形波影响;波浪爬升与气隙的极大值受到畸形波的影响而增大,同时,畸形波对气隙响应谱造成极大影响,增强了波浪爬升与气隙响应的非线性性。     

Predictions on Irregular Wave run-up and Overtopping

A series of hydraulic model tests are carried out to investigate random wave run-up and overtopping on smooth, impermeable single slope and composite slope. Based on analysis of the influences of wave steepness, structure slope, incident wave angle, width of the berm and water depth on the berm and the wave run-up, empirical formulas for wave run-up on dike are proposed. Moreover, empirical formula on estimating the wave run-up on composite slope with multiple berms is presented for practical application of complex dike cross-section. The present study shows that the influence factors for wave overtopping are almost the same as those for wave run-up and the trend of the wave overtopping variation with main influence parameters is also similar to that for wave run-up. The trend of the wave overtopping discharge variations can be well described by two main factors, i.e. the wave run-up and the crest freeboard of the structure. A new prediction method for wave overtopping discharge is proposed for random waves. The proposed prediction formulas are applied to case study of over forty cases and the results show that the prediction methods are good enough for practical design purposes.     

礁面大糙率存在下孤立波传播变形及爬高实验研究

本文采用圆柱体阵列来模拟珊瑚礁面的大糙率,通过波浪水槽实验研究礁面糙率对孤立波传播变形及岸滩爬高的影响。结果表明,粗糙礁面的存在显著削弱了礁坪上孤立波的首峰和礁后岸滩反射造成的次峰,同时降低了波浪在珊瑚礁面的传播速度;垂直于岸线方向沿礁相对波高随着入射波增大而减小,随着礁坪水深的增大而增大,粗糙礁面上波高沿礁的衰减更为显著;礁前斜坡的无量纲反射波高随无量纲入射波高的变化与礁坪水深有关,当入射波高足够大时其趋于常值,粗糙礁面略微增大了礁前斜坡的反射;无量纲透射波高和岸滩爬高随着无量纲入射波高的增大而减小,特别是礁坪水深较大时更为显著,粗糙礁面时的无量纲岸滩爬高相对于光滑礁面平均减小46%;通过回归分析得出了同时适合于光滑和粗糙礁面的预测孤立波岸滩爬高的经验关系式。     

珠江三角洲沉积体与河网干流河道的形成发育

应用PRD-LTMM长周期"动力-沉积-形态"模型和非线性动力学拉格朗日拟序结构理论对全新世海侵盛期以来珠江三角洲以及河网干道的形成演变进行了地貌动力学分析,结果显示:受曲折岸线和复杂地形的影响,海侵盛期古珠江河口湾的水动力随时空高度变化,形成了7个具有不同运动特性的条带区域,并产生了许多不同尺度且相对独立的沉积动力结构,形成了众多的沉积体。这些沉积体成为了三角洲发育演变的基本建构单元。三角洲的主体沉积可概括为受原始地形分隔的若干相对独立的充填过程,干流河道的形成和发育往往是若干相邻沉积体发育和延伸的结果,而三角洲河网干道的总体分布格局则受这些动力区域所控制。     

香港与珠三角地区海陆联合地震探测的数据处理

介绍了香港与珠三角地区海陆联测地震数据处理的一般流程及方法,讨论了导航数据记录时间存在误差的问题及其解决方法,对数据处理程序进行了改进,使之更加通用化。提出了数据处理中需要改进之处,对较远的地震台站采用滤波、均衡、剪切等处理手段,突出弱震相,压制强噪音。广东和香港地区的大部分固定台站均可清晰识别出有效信号,这是首次利用固定台站记录到远距离海上气枪信号,最远接收距离达到240多公里,获得了较好的观测结果。     

近几十年来珠江三角洲网河水位时空变化及原因初探

根据珠江三角洲网河区25站的验潮序列,应用功率谱分析和正、反傅氏变换方法对网河区月均水位序列的周期变化和趋势变化进行研究,探讨大规模人类采砂活动对珠江三角洲网河区近几十年来水位变化的影响。结果表明:水位序列中包含0.2~11.7 a多尺度的显著周期波动;应用正、反傅氏变换方法消除月均序列中的短周期波动(消除6 a以短的周期),由低通序列进行一元线性回归分析确定水位变化率,变化率从－3.8到3.7 mm/a不等,珠江三角洲网河区水位总体呈上升趋势。从网河区上段到下段再到口门,水位变化趋势由下降转为上升;变化率由负转正,并逐渐增大。网河区上段部分验潮站水位下降主要与西北江网河上段大规模无序采砂引起的河床大幅人为下切有关;大规模采砂导致局部水位下降,使不同时段的水位变化率发生波动,甚至造成部分验潮站的水位变化由缓慢上升转为大幅下降的"逆变"。