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。     

近岸波浪增水与近岸流的计算方法研究：Ⅱ.数值模式与模拟计算

本文建立了一套计算近岸复杂地形上由二维随机波浪引起的波浪增水与近岸流的数值模式,并在模拟地形上实施了计算实验。结果显示,波浪增水基本发生在破碎线以内,增水强度因地而异,岸边最大增水幅度可达深水有产波高的３１％;波浪增水可导致漫滩过程,以近岸波浪的计算具有较大影响;近岸流以流包形式存在,流速量级与以往观测值相近。     

珊瑚礁地形上破碎波高试验研究

破碎波高是珊瑚礁地形上波浪演化的重要参数之一,对工程安全和海岸变形具有重要影响。通过二维波浪水槽,对珊瑚礁地形上破碎波高进行试验研究,分析破碎波高随波陡、礁坪水深以及礁前斜坡坡度的变化。研究表明,相对破碎波高随相对礁坪水深的增大而增大,随入射波陡的增大而减小,但礁前斜坡坡度对相对破碎波高的影响并不明显。通过引入相对礁坪水深,将经典的破碎波高计算公式拓展至珊瑚礁地形上破碎波高的计算。该公式计算值与前人的试验值进行对比验证,吻合较好。研究成果可为工程实践和数值模拟提供参考与借鉴。     

琼州海峡的流、浪、潮要述

根据实测的10个点的资料并结合数模计算简述了琼州海峡流、浪、潮的基本特征。由于受地形及流系的复杂影响,其水体流动基本为东西走向的往复流,波浪受台风及季风的影响以及地形的制约,台风的4级波高出现率全年占51％_56％。给出的10个计算点各种重现期的波高、流速值及其方向,是拟建的跨海工程的重要设计参数。     

沙坝海岸沿岸流速度剖面特征研究

通过对两个坡度沙坝地形沿岸流实验测量和基于能量方程的沿岸流数值模拟,研究了沙坝海岸平均沿岸流速度剖面的双峰剖面特征,重点分析了第二个峰值的特征和两峰值的比值。综合考虑入射波高、入射波类型和坡度对波生沿岸流垂直岸线速度剖面的影响。结果表明,平均沿岸流速度剖面出现双峰剖面特征:第一峰值发生在沙坝向岸侧面的中部,第二个峰值发生在靠近岸线处;同一坡度情况两个峰值的位置和比值,不受入射波类型、入射波高的影响。数值模型中包括了侧混、底摩擦和水滚等因素,其数值模拟结果和实验值拟合较好,并讨论了有无侧混和水滚对速度剖面的影响。     

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。     

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。     

岛礁地形上斜坡堤前破碎波流场数值模拟研究

基于SPH方法建立波浪数值水槽,对岛礁地形上的波浪传播变形进行了数值模拟,分析了岛礁地形上波浪破碎过程的波高和水质点波动流速分布,并采用波浪水槽物理模型试验数据进行对比验证。结果表明,该模型可以较准确地模拟岛礁地形上波浪破碎引起的波高和波动流场沿程变化。在此基础上模拟了礁坪上建设斜坡堤后的波动流场,分析了斜坡堤对礁坪上流场形态、沿程波高、波动流速垂向分布及近底流速的影响。结果表明：在建设斜坡堤后,礁坪上波浪破碎更加猛烈,波浪破碎点前移;沿程波高与波动流速受反射波影响明显,沿程波高变化呈现为先增大、再减小、再增大,最后在防波堤堤脚处减小,近底流速变化趋势则与之相反;在堤前半倍波长范围内反向近底流速峰值较非岛礁地形上规范公式计算值增幅较大。     

波浪漫滩边界对波生流数值计算的影响

波浪漫滩是近岸波浪的小尺度运动,在实际海域的波生流数值计算中通常被忽略。本文基于Boussinesq方程的FUNWAVE模式,分别采用波浪漫滩边界、固壁边界、海绵边界进行Haller波浪港池物理模型实验的数值模拟,比较三种边界计算结果与实验观测数据的误差,检验波浪漫滩边界对波生流数值计算的影响;然后设计了多种周期、波高的波生流数值模拟试验,分析多种波浪入射条件下波浪漫滩边界对近岸波生流数值计算的影响。结果表明,波浪漫滩对邻近区域波生流有明显影响,漫滩边界下的波生流计算结果更接近实验观测值,在近岸波生流数值模型中引入波浪漫滩边界可以提高波生流计算精度。     

南沙群岛礁概化地形上拍岸浪数值模拟与统计分析

南沙群岛珊瑚岛礁众多,大多数岛礁具有向海坡陡峭、外礁坪比较平缓的特征。将南沙群岛岛礁的迎浪向地形概化为陡坡和缓坡组成的双斜坡,采用FUNWAVE-TVD模式数值模拟概化地形上的波浪,根据模拟的破碎波高分析其拍岸浪特征。对拍岸浪数值模拟结果进行比较分析,向海坡的坡度对拍岸浪影响不大,外礁坪上拍岸浪高随地形坡度增大而略有增大;向海坡和外礁坪交界位置(即坡折点)水深对拍岸浪有比较明显的影响,拍岸浪高随坡折点水深增大而减小;拍岸浪高随入射波高和波周期增大而增大。利用大量的拍岸浪数值模拟数据对国内外5种统计模型进行检验,并且基于拍岸浪数值模拟数据建立了3种南沙群岛岛礁拍岸浪统计模型,计算结果显示这些模型适用性较好。     

波浪作用下近岸区污染物输移扩散的数学模型及其实验验证

在近岸缓坡浅水海岸,波浪破碎产生沿岸流是近岸海域流场的重要组成部分,它对污染物输移扩散规律的影响重大,在高阶近似抛物化缓坡方程求解大面积波浪场基础上,建立了波浪作用下污染物输移扩散数学模型.计算结果与不同坡度均匀斜坡地形上具有不同波高、周期的规则波及不规则波浪作用下污染物输移扩散实验结果进行了比较,分析了各种因素对波浪作用下沿岸流分布规律影响,所得结论认为地形坡度及入射波高对污染物输移扩散的影响较大,波浪作用将使缓坡海滩上污染物的输移扩散平行岸线方向.     

斜坡平台波浪破碎数值模拟

波浪在斜坡地形上破碎,破波后稳定波高多采用物理模型试验方法进行研究,利用近岸波浪传播变形的抛物型缓坡方程和波能流平衡方程,导出了适用于斜坡上波浪破碎的数值模拟方法。首先根据波能流平衡方程和缓坡方程基本型式分析波浪在破波带内的波能变化和衰减率,推导了波浪传播模型中波能衰减因子和破波能量流衰减因子之间的关系;其次,利用陡坡地形上的高阶抛物型缓坡方程建立了波浪传播和波浪破碎数学模型;最后,根据物理模型试验实测数据对数值模拟的效果进行验证。数值计算与试验资料比较表明,该模型可以较好地模拟斜坡地形的波浪传播波高变化。     

基于XBeach模型的深圳金沙湾裂流的数值模拟

金沙湾是粤港澳大湾区重要的滨海旅游景点之一,深受世界各地游客的青睐.利用XBeach模型模拟金沙湾海滩的近岸环流,研究了不同模拟波况下裂流的发生情况.结果表明,金沙湾产生裂流很大程度上受到波高和地形的影响,在年平均有效波高波况下,金沙湾沿岸无明显裂流,当入射波高超过某个阈值后,沿岸裂流风险提高.裂流的强度和离岸距离与入...     

欧洲北海海域波高区间分布概率研究

为了研究欧洲北海海域的波高全区域概率分布情况,从而为海洋平台等海洋浮式结构物的选址和结构设计提供依据。首先基于Global Waves Statistics(GWS)提供的实测数据,确定典型计算工况的发生概率;同时考虑实测数据中极端波浪环境下的数据缺失导致大波高分布概率偏小的问题,利用三参数Weibull分布确定不同重现期下的极值风速,作为典型计算工况的补充。以不同风速、风向的定常风场为输入项,利用第三代海浪数值模型SWAN模型,对北海全区域波高进行数值模拟。将数值模拟的稳态形式依照各工况的发生概率进行归一化累加处理,认为其结果可以表征全区域的波高概率分布情况。以波高概率分布的计算结果为依据,分析北海海域波浪环境的统计学特征,发现有效波高为7 m以上的大波高频发区在北海北部区域有大范围分布;有效波高4～5 m为北海东北区域的多发海况,极端海况下的有效波高主要分布于7～14 m区间,在地形突变区域的波高发生显著变化。     

南海波浪时空变化特征研究

利用SWAN波浪数值模式和ECMWF的ERA-Interim风场数据建立模型,对中国南海地区1981-2012的波浪进行了计算。利用浮标实测波浪资料进行对比验证后发现,波浪的计算结果良好。利用计算的结果进行分析,得到如下的结论:1.有效波高距平场的EOF分解结果显示,第一模态解释了波浪变化的最主要形态,具有明显的季节性特征;第二模态反映了季风的季节转换对有效波高的影响;第三模态代表的可能是地形的某种变化对有效波高变化的影响。2.整个南海地区主体的常浪向为NE,强浪向以NE和N为主,这主要是由于风速大且持续时间长的冬季风造成的。3.南海冬季有效波高最大,主要是受冬季风影响;夏季西南季风对南海南部的影响大于北部。4.100年一遇重现期有效波高整体北大南小,北部接近17m,南部为9m左右。     

元洪港设计波高参数的推算和分析

根据福建元洪港无长期海浪和风观测资料及该水域的多岛礁地形的特征，以邻近的平潭海洋站３０ａ实测海浪资料，采用考虑底摩擦效应的浅水波浪折射数值模式进行港区设计波高计算，并与港工程规范算法相比较，得出码头，航道口门和航道中段的设计波高参数。     

周期性压力作用下单层幂律流底泥流场分布

基于欧拉坐标系统,对河口底泥流场分布进行了理论研究。泥波由作用在其表面的周期性压力驱动,底泥的流变特性由幂律流流变模型描述,根据浅水波和小变形假设,采用摄动分析展开到一阶得到运动方程,并且用数值迭代法求解非线性微分方程。根据数值计算结果,分析幂律流流动指数和外加周期性压力载荷对泥波流场分布和表面波高的影响。     

基于激波捕捉类Boussinesq模型对岛礁地形上波浪传播的数值模拟

为了探究激波捕捉类Boussinesq模型在模拟岛礁地形上规则波和不规则波传播的可行性,采用基于完全非线性Boussinesq方程并具有激波捕捉能力的数值模型Funwave-TVD对规则波和不规则波在岛礁地形上的传播进行了数值模拟,通过与试验数据对比,分析模型中空间步长的影响,验证模型在模拟波高、平均水位分布以及波谱空间演变的能力,结果表明:采用合适的空间步长,模型能较好地模拟规则波和不规则波在岛礁地形上的传播和演化过程。对于规则波,较小的空间步长可改善破碎点处波高峰值的预测,并能更好地预测波浪破碎后波高的空间分布,相比结合经验破碎的Boussinesq模型,Funwave-TVD能更好地模拟规则波在岛礁地形上的破碎,以及破碎以后行进涌波的再生成过程;对于不规则波,Funwave-TVD总体而言能较好地模拟涌浪有效波高、次重力波的生成及空间演化和平均水位,但会低估礁坪上次重力波波高,较粗的空间步长也会低估礁坪上涌浪有效波高。     

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。     

基于波浪水槽实验建立陡坡-礁盘地形的拍岸浪统计计算模型

目前的拍岸浪统计计算模型主要针对缓坡地形,对于陡坡-礁盘地形拍岸浪计算模型的研究还非常少。本文中整理了国际上多种拍岸浪统计计算模型,利用波浪水槽实验数据检验了这些模型在陡坡-礁盘地形上的适用性,推荐Komar模型用于陡坡拍岸浪计算。基于波浪水槽实验对比分析了缓坡地形和陡坡-礁盘地形上的拍岸浪演变特征,初步提出了礁盘地形上一种新型拍岸浪统计计算模型,它和Komar模型组合,对陡坡-礁盘地形的拍岸浪具有较强的模拟能力。计算得到陡坡段和礁盘段破碎波高的平均相对误差分别为4.45%和5.04%。本文研究成果可以为岛礁地形上拍岸浪的预报及相关数值模拟研究等提供数据和参考。