近岸区波浪场数值模拟的研究与进展

地国内外近年来近岸波浪场数值模拟的几个主要计算模式的研究和进展概况进行了较为系统的阐述,首先对工程实际中经常使用的线性模型和非线性模型的发展,包括其范围、求解途径等方面进行了评述;然后,在论述波浪共存时波、流场耦合计算的基础上,重点总结了在近岸区存在流场时的模拟方法,最后指出了几个可能的可能趋势。     

近岸区不规则波成工模型的研究：1.模型的建立

以不规则波在缓变地形和缓变流场水域的折射－绕射理论以及风浪的成长,衰减理论为基础,得到近岸区不规则波长成模型,结合近岸波浪特性和海洋工程应用的实际情况,建立综合考虑海岸,折射,白浪,底摩擦,流,风和非线性作用诸因素的近岸不规则波数值计算模型,该模型具有二维波谱特性及实用性,文章力图使模式更合理地反映近岸波浪的传播,成长和衰减规律而整个计算工作量则较小,可在微型电子计算机上得以实现。     

近岸区不规则波成长模型的研究：II.模型的数值求解和验证

在建立近岸区不规则波成长模型的基础上,研究了波浪射线计算、传播能量守恒计算以及成长与衰减能量平衡计算的方法和格式处理,讨论了波数场、风场、水位和流场的确定方法。应用该模型计算了大亚湾的二维波谱场。与该海湾９６波浪仪实测资料对比,表明该模型的计算结果与实测资料相符良好。特别指出的是,在该模型的计算结果中周期随波浪的传播而变化。     

波浪在陡坡上的传播变化

利用数值方法和物理模型分析以反射为主的陡坡上波浪传播变形特征。数值方法采用标记单元法,为处理倾斜反射边界对斜坡前波浪运动的影响,提出了“台阶镜像法”。通过１：１．５光滑斜坡上物理模型试验,分析了不完全立波的运动特性,说明强反射光滑陡坡坡前波浪运动呈明显的立波状态,它与直墙反射的主要判别是坡前第一波节点和腹点位置向岸推移。本试验得到的波浪反射、爬高和回落特征值与港口工程规范给定结果接近。     

基于近岸GPS RTK技术的潮位和波浪提取算法研究

由于潮汐和波浪的周期相差甚远,对实时海面高程数据进行相应的低通和带通滤波即可提取潮位和波浪信息。通过对仿真的实时海面高程数据进行平滑滤波、中值滤波、小波滤波等低通滤波,以及椭圆、巴特沃斯等带通滤波结果分析表明:近岸GPS RTK技术可用于潮位和波浪同步测量;对于潮位信息的提取方面,平滑、中值、小波等低通滤波均能很好的提取出潮位信息,其中平滑滤波最佳,且工程中易于实现;对于波浪信息的提取方面,椭圆滤波、巴特沃斯、切比雪夫Ⅰ型等带通滤波均能很好提取出波浪信息。     

汕头近岸区的台风波浪 (二)后报台风波浪及其基本特征

本文采用《受陆岸影响浅水区台风风浪的推算方案》后报影响汕头近岸区的台风风浪，并以此与Ｔｈｏｍｐｓｏｎ关于波型的判据和合田良实的不同波型能量集中度的规定相结合，计算台风混合浪，经与现场实测资料相比较，效果良好；依４４年台风浪的后报结果，可以得到各场台风过程的波高，波能和主波向的变化以及后报台风较大浪时能随方向的分布     

汕头近岸区的台风波浪(一)实测记录的分析

作者选择了汕头近岸区某测点的台风（包括热带风暴和强热带风暴，下同）波浪从下列三个方面进行分析研究：（一）实测记录的分析；（二）后报台风波浪及其基本特征；（三）各种重现期台风波浪要素的确定。力图为该近岸区海岸工程设计中必须考虑的水动力参数提供依据。本文，着重分析了实测台风波浪能量的分布，给出台风过程波浪能量随频率和方向的变化；波浪能量的集中程度以及台风过程测点出现波高最大值时波浪能量随频率和方向的分布等。从实测资料的分析揭示台风波浪能量的结构。     

近岸区不规则波成长模型的研究 Ⅰ.模型的建立

以不规则波在缓变地形和缓变流场水域的折射-绕射理论以及风浪的成长、衰减理论为基础,得到近岸区不规则波成长模型。结合近岸波浪特性和海洋工程应用的实际情况,建立综合考虑海岸、折射、白浪、底摩擦、流、风和非线性作用诸因素的近岸不规则波数值计算模型。该模型具有二维波谱特性及实用性。文章力图使模式更合理地反映近岸波浪的传播、成长和衰减规律,而整个计算工作量则较小,可在微型电子计算机上得以实现。     

近岸波浪传播变形数学模型的研究与进展

对近岸波浪传播变形的各种数学模型进行了归纳评述和总结,以期对本研究方向的发展起到一定的引导和促进作用。     

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。     

浅化波浪层流边界层流速分布特性的数值分析

建立了同时考虑波致雷诺应力和时均水平压强梯度影响的二阶波浪边界层数学模型,模型计算得到的浅化波浪层流边界层内瞬时流速剖面、振荡速度幅值和时均流速剖面均与水槽实验数据吻合较好,在此基础上探讨了浅化波浪边界层流速分布特性及其影响机制。随着波浪的浅化变形,边界层内时均流速剖面"底部向岸、上部离岸"的变化特征越来越明显。这是二阶对流项引起的波致雷诺应力和离岸回流引起的时均水平压强梯度共同作用的结果,在床面附近由波致雷诺应力占主导作用并趋于引起向岸流动,在上部区域由时均水平压强梯度占主导作用并趋于引起离岸流动。     

汕头近岸区的台风波浪(三)各种重现期台风波浪要素的确定

本文以现场的实测资料和４４年间台风波浪后报结果为基础,考虑到各种重现期波浪出现时伴随着台风增水对计算点各种累积率波高的影响,通过对复合极值分布法,皮尔逊Ⅲ型曲线法和短期资料外推法的比较,给出进行波和破碎波条件下的各种重现期台风波浪要素。     

波浪在陡坡上的传播变形

利用数值方法和物理模型分析以反射为主的陡坡上波浪传播变形特性。数值方法采用标记单元法,为处理倾斜反射边界对斜坡前波浪运动的影响,提出了“台阶镜像法”。通过1：1．5光滑斜坡上物理模型试验,分析了不完全立波的运动特性,说明强反射光滑陡坡坡前波浪运动呈明显的立波状态,它与直墙反射的主要差别是被前第一波节点和腹点位置向岸推移。本试验得到的波浪反射、爬高和回落特征值与港口工程规范给定结果接近。     

波浪在泥床上传播时的波长变化

本文通过长江口航道淤泥的室内波浪试验研究,认为影响波长变化的主要因素有相对泥床厚度、泥床含沙浓度及相对(传播距离)波长等。在本试验范围内,波浪在泥床上传播时的波长变化一般在±5％以内;但在相对泥床厚度、泥床含沙浓度及相对(传播距离)波长均较大时,波浪被急剧衰减,波长也随之迅速减小。     

小区域环境变化对闸坡海洋站潮位的影响

受岸边工程的影响，广东粤西闸坡海洋站原有验潮井的环境条件在１９７０年后发生明显变化。１９８４年启用新测井。新、旧测井的环境有一定差异。根据实地考察和新旧测井潮位资料对比分析，初步认为区域环境变化对旧测井的年均潮位有一定影响。文章还阐述了新、旧测井潮位差异及其产生原因。     

应用Boussinesq方程对由航道开挖所造成水深变化对波浪传播所产生的异常波

应用Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程采用有限差分法建立了非线性数值波浪模式，并该模式对由航道开挖所造成水深变化对波浪传播产生的异常现象进行了数值模拟研究。从结果来看这种异常波浪局部增大现象是由于入射波与航道夹角过小，使波浪无法折射入航道，而在航道两侧反射叠加的结果。因此说水深的变化对波浪产生的反射现象也是不可忽视的。     

基于双差动态定位的近实时潮位变化反演

基于GAMIT TRACK双差动态定位模块计算海洋潮汐.将不同基线组合下的计算结果分别与压力式验潮仪记录值比对,验证该方法的可行性和适应性;比较不同星历和基线组合的结果,得出在150km基线以内,采用IGS最终星历得到的潮位变化结果精度最高,但不具备实时性;超快速星历结果精度稍次之,可以用于实时GPS验潮;广播星历结果...     

网衣对波浪传播影响的三维数值模拟

为研究网衣对波浪传播的影响,采用多孔介质模型模拟网衣,建立了模拟网衣与波浪相互作用的三维数值波浪水槽模型。基于该数值模型研究了波浪经过网衣作用后波高衰减的变化规律,并与物理模型试验结果进行比较。通过对比数值模拟和物理模型试验的结果,证明了该三维数值模型模拟网衣对波浪传播影响的可行性。     

潮汐和潮流影响下苏北辐射沙洲海域波浪模拟分析

基于第三代海浪模型SWAN,采用自嵌套的方法提供谱边界条件,对影响苏北辐射沙洲海域的一次冷空气过程和一次台风过程作用下的波浪进行了模拟。考虑到沙洲海域强潮水动力环境,分析了潮位和潮流的变化对该海域波浪的影响。结果表明,沙洲处波高和波周期受潮位影响显著,受潮流影响弱,具有潮周期起伏的特点,而波向受潮位潮流影响不显著;考虑高潮位后,以弶港为界,南北辐射沙洲波高显著增加的区域与波浪传播方向有关:波浪由北向南传播,相差不大,波浪由东向西传播,北部明显大于南部。