关于立波波谷压力公式的探讨

本文比较了直立堤上立波波谷压力各理论解的波浪力计算值,并引用实验数据验证其符合程度,评述其合理性。指出森弗罗公式的波谷压力分布图式不甚合理,提出了建议的波谷压力分布图式,供设计参考采用。     

浅水立波压力的试验研究

关于直立墙前的立波压力,自1928年法国工程师森弗罗在椭园余摆线波理论的基础上求得数学解以来至今已有很多的理论计算方法。但是这些理论计算的结果有的互相之间相差较大,目前由于原型观测和模型试验技术的不断开展,对进一步校核这些理论的正确性和使用条件,并探讨新的计算方法更加引起了各国学者注意,特别是对直立墙前的浅水立波压力的试验研究。它将直接对直立式水工建筑物的设计产生较大的影响。因此本文选用了1979年在标定波浪水槽性能的试验中测得直墙前立波压强度,以及垂直分布情况的部分资料进行了整理分析,与几种理论计算方法和我国规范方法的计算值进行了比较探讨,其结果如下。     

破碎立波对直墙建筑物作用机理的研究

建立二维非线性数值波浪水槽,模拟了规则波条件下破碎立波对直墙建筑物的作用.从直墙上压力分布和各测点的压力过程线等方面与物理模型实验结果进行比较,讨论了破碎立波的作用特点,分析了压力过程线出现马鞍形变化的原因.将破碎立波波浪力与按规范方法和立渡理论方法计算的结果进行了比较.通过对计算结果的的分析比较,验证了该数值模型的有效性.     

不同间距大直径圆筒防波堤波压力试验研究

通过开展物理模型试验,进行不规则波作用下不同间距大直径圆筒防波堤的波峰压力分布规律研究,分析了圆筒相对间距、相对水深、波陡等主要影响因素对圆筒波压力的影响规律,并通过波压力试验值与各家理论公式计算值的比较,进行不同间距圆筒波压力的计算方法研究。基于直立墙结构和大尺度孤立墩柱结构波压力公式给出修正系数以及横向衰减函数的拟合公式,用以计算圆筒周身不同位置处的波压力,从而为工程设计和理论研究提供参考。     

非线性三维波波要素的计算方法

本文根据作者以前提出的重力表面波非线性相互作用理论解,系统地探讨非线性三维波波要素四阶近似理论关系式的计算方法,其中包括二维行进波和立波,也适用于斜向波与直墙相互作用(全反射和部分反射)。给出二种主要计算情况的计算方法,其中包括利用拟牛顿法求解非线性波要素方程组,卡尔丹法、迭代法和级数近似解析式,分析比较表明,本文提供的计算方法较为精确、有效,可应用于计算波浪及其与建筑物相互作用。     

作用于直立堤上的波总压力概率分布

长期以来,海浪与直立堤的相互作用问题一直是海岸工程研究中为人们所重视的课题之一.至今,在工程设计计算中,关于海浪对直立堤作用的波压力计算方法,大都仍采用规则波的研究结果.几十年来,通过实验室和液体波动理论进行了大量的规则波与直立堤相互作用的研究,提出了相当数量的试验与理论成果,其中目前较为广泛采用的有森佛罗(Sainflou)、米许(Miche)-贝塞尔(Biesel)等一阶及二阶近似立波压力方法.     

深水Stokes漂流公式的一种新形式

本文在未将Stokes波的势函数参数β的前提下使用近似解迭代方法重新推导了Stokes波的水质点的轨迹方程。在具体推导中发现水平位移与垂向位移在作近似解迭代时，收敛于精确解的速度是不相同的，垂向位移在一次迭代后即与精确解非常近似，而对于水平位移必须做二次迭代才能达到较好的精度。由二次迭代的水平位移方程即可获得Stokes漂流公式的一种新式，该形式表明，在三阶精度下Stokes漂流与所在深度的水质点的振幅A的平方成正比。运用由垂向位移方程解得的振幅与参数β的关系式可证明经典Stokes漂流公式可以看作是新漂流公式在特定坐标系下的特定垂直断面处的结果。     

波致应力的近似求解及其太平洋特征分析

基于波致应力计算中对海浪谱和波浪增长率公式的敏感性分析,选择适当的波致应力近似求解方法,计算和探讨了太平洋波致应力的时空分布特征。敏感性分析中,选择了4种常用的波浪增长率公式和3种经验解析海浪谱。推导了计算波致应力的单波公式,并将其与JONSWAP谱积分公式和Elfouhaily谱积分公式进行比较,同时使用了由风速和有效波高资料构造的Elfouhaily谱积分公式计算太平洋波致应力。结果表明:Belcher等(1993)的波浪增长率计算公式估算的波致应力与实验数据吻合度较好,同时适用ERA-interim数据;当波龄小于1.2时运用Elfouhaily谱积分公式更合适,当波龄大于1.2时运用单波公式更快速有效;太平洋的波致应力分布与风场之间存在明显的相关性;2009年1月、4月、7月和10月太平洋波致应力的季节性特征分析表明四个季节的西风带波致应力较其他地区都更强盛,而在时间变化上1月和10月为波致应力整体较为强盛的时期。     

浅水区圆柱墩群上的非线性波浪力

本文基于一阶近似椭圆余弦波理论研究了浅水区非线性波浪对圆柱墩群的绕射作用,推得了计算圆柱墩群上的非线性波浪力的计算公式。为验证所得的理论成果,在大连理工大学沿岸工程国家重点实验室的波浪槽内进行了模型试验,试验的波浪范围,其特征波周期T(g/d)~(1/2)=8.08～22.86,特征波高H/d=0.1～0.45.理论计算结果与试验结果吻合良好.研究表明,浅水区圆柱墩群上的非线性波浪力较之通常采用线性波理论的计算结果为大,其增大值随波浪非线性的增强而增大,可达相当大的数值。在本文计算和试验的范围内,最大可增大至4倍以上。建议当T(g/d)~(1/2)≥8时,应采用椭圆余弦波理论来计算波浪力。     

香港附近海区台风波浪的波群统计分析

根据香港附近海区１９８５，１９８６年两次台风大浪的实测资料，以有效波高为相应水平，对波群作统计分析，得出可供海洋工程参考的波群连长、波群重复长度、波出现频率以及波群中最大波高与有效波高的关系等。并将统计值与理论值作比较，结果表明：统计值大于“连”的理论值，而与包线理论中采用合田修公式的计算值相近。     

关于重力表面波非线性相互作用

本文利用小摄动法在作者以前求得的二阶近似解的基础上给出任意水深重力表面波非线性相互作用的四阶近似理论解(包括基本波系波数矢固定、频率摄动和波数矢、频率皆固定二种情况),并由此得四阶近似推进波,三向波及斜向波与直墙相互作用的理论解.     

弧形防波堤波浪力试验研究

在圆筒形防波堤和V形防波堤的基础上,结合离岸堤后形成V形和半圆形连续出现的韵律海岸的地貌平面形态特点,提出一种前墙为连续的半圆筒形防波堤形式。通过在波浪水槽内进行规则波物理模型试验,探究这一新型防波堤的波压力分布规律及波高、周期、水深等因素对波压力的影响。将试验结果与海港水文公式和合田良实公式计算的理论值对比分析,给出了以合田良实公式的折减系数来拟合新型弧形防波堤波浪总水平力的计算公式。结果表明:新型弧形防波堤上的波压力随波高、周期的增大而增大,其水平波浪总力比同等尺度直墙少10%左右。     

远破波波浪力计算公式的探讨

本文计算比较了暗基床及低基床直立堤上远破波各种波浪力计算公式的差别。表明在缓坡时,我规范公式值与日、苏规范的公式值差别不大,而陡坡时差别较大,明基床时差别也变大。     

海洋环境要素对海水硼酸弛豫声吸收的影响

本文利用作者先前导出的硼酸弛豫最大波长吸收(aλ)_r及弛豫频率f_r的表达式和海洋学文献资料,分别计算了海水硼酸弛豫的(aλ)_r和f_r对压力、温度、pH及盐度的依赖关系。结果表明,(aλ)_r不仅与pH值有关,还随压力或温度的增大而近似线性地增大,并近似地与盐度的1.35次方成正比。f_r则近似与压力、pH、盐度无关,仅可表示为温度的函数。本文还将不同海区硼酸弛豫的(aλ)_r和f_r的理论计算值与海上实测值作了比较。     

Boussinesq 方程组的一个精确解

浅水波的Boussinesq方程组是弱频散的、非线性的,它与Kdv方程有一定联系,但并不等价。本文给出这个方程组的一个孤立波精确解。它含有两个方向传播的孤立波,其一阶近似包括了Kdv方程的精确解,而零阶近似则为波峰处导数不连续的奇异解。     

直立式防波堤迎浪面波压力计算研究

以Navier-Stokes方程为控制方程,使用VOF方法追踪自由液面,由连续性方程和动量方程推导出源函数。基于非线性波浪理论和UDF对FLUENT进行二次开发,在数值水槽的各个功能区将不同的源项添加到动量方程中,实现动量源造波和消波的功能。此法可以有效地消除波浪在水槽出流边界的反射及波浪遇到结构物后在入射边界形成的二次反射,从而得到稳定的波动场。本文将这种方法应用于直墙防波堤上波浪压力的数值模拟,分析了造波和消波的有效性,对直立式防波堤波浪力进行了数值研究。为了得到更精确的结果,采用结构化网格和非结构化网格相结合,在直墙防波堤附近使用三角形网格,在其他区域使用四边形结构化网格,为了较好地捕捉自由液面,在液面上下一个波高的范围内对网格进行加密。将计算结果与二阶stokes波理论解进行对比,该方法计算结果与理论解一致,表明该方法能够产生历时较长的稳定的非线性规则波浪,能够很好地吸收波浪遇到建筑物产生的反射波,可以有效消除建筑物反射波的影响,为实际工程方案的设计提供参考,有较高的实用价值。通过计算得到极端高水位,设计高水位,设计低水位时候的各个测点的最大正向波压力和最大负向波压力,并将计算结果与物理模型试验数据和经验公式结果进行对比,结果吻合较好。并且由于该数值方法可以考虑防波堤迎浪面不同倾角的工况,其适应范围比经验公式范围更广,因此可以为海岸结构设计提供依据。     

削角直立式防波堤上不规则波浪力的概率特征

本文基于欧拉座标一次近似式,通过不规则波波高的概率分布来推求作用在削角式直墙堤上的波浪压强峰值以及总水平波浪力峰值的概率分布。文中还对不规则波情况下越浪修正系数的形式进行了探讨,并对部分计算结果进行了实验验证。     

Stokes漂流近似公式对海洋表层流场估算的影响

本文采用波浪订正的Ekman模型,研究分析了三种Stokes漂流近似公式(单波公式、e指数公式、Phillips谱近似公式)对海洋表层流场估算的影响。海表总流场由海表面高度(SSH)数据计算的地转流和海浪模式WAVEWATCH Ⅲ输出结果计算的非地转流组成,并采用拉格朗日浮标观测数据对计算结果进行了验证。研究表明,随着Stokes漂流近似公式精度的提高,其计算的拉格朗日流速更接近于谱积分公式的计算结果,更贴近拉格朗日浮标观测数据。与谱积分公式计算的海表拉格朗日流速相比,单波公式的平均相对偏差为0.0834,e指数公式的平均相对偏差为0.0392,Phillips谱近似公式的平均相对偏差为0.0101,说明Phillips谱近似公式在不同风速下均能对谱积分公式有良好的近似效果。在低风速条件下,由Stokes漂流近似公式精度引起的海洋表层流场估算误差可以忽略不计,但随着风速增加,由近似公式精度引起的偏差逐渐变大,此时应该选择Phillips谱近似公式计算Stokes漂流,来减小误差。     

非线性波浪作用下埋置管道上波浪力简化计算

由于浅水区波浪的非线性影响显著,浅埋管道受非线性波浪荷载的影响大,为了保证管道长期运行的稳定性,在管道设计过程中需要充分考虑由非线性波浪引起的波浪力。考虑孔隙水和海床土的压缩性,基于Biot固结理论和一阶近似椭圆余弦波理论,利用分离变量法推导了非线性波浪作用下浅水区埋置管道周围海床的渗流压力,进而给出了埋置管道上的波浪力压力解析解,并与已有的文献结果进行比较。计算结果表明,在椭圆余弦波的作用下,海底管道周围海床内的渗流压力呈正弦分布,且管道所受的波浪力随着管径的增大而增大。     

温盐深变化对波束脚印坐标的影响规律分析

在多波束测深中,温盐深剖面数据的准确性对测量精度起到非常重要的作用,而在实际测量中,温盐深误差又不可避免地存在。为了分析温盐深变化对波束脚印坐标的影响规律并将其影响值量化,本文在声速剖面间接测量数据的基础上,选择精度较高、适应性较强的声速经验公式推导其误差公式,计算温盐深变化所引起的声速误差值,并且在常梯度声线跟踪模型的基础上推导出声波旅行轨迹的水平位移和垂直位移误差公式,然后结合声速剖面计算出声速误差对波束脚印坐标的影响程度。实验结果表明,温度变化对声速的影响最大,盐度和深度依序次之;温度、盐度、深度3个参量的变化引起波束脚印Z坐标的变化量均大于X、Y坐标,最高可达变化前深度的0.6%。温度和盐度的变化引起的三轴坐标值变化量随入射角的增大而减小,而深度变化引起的三轴坐标值变化量几乎不随入射角的变化而变化。本文研究结果可为温盐深误差对多波束测深精度评估工作提供借鉴作用。