浅水区波浪非线性效应对砂质海床动力响应的影响

以广义Biot动力固结理论为基础,运用一阶椭圆余弦波和二阶Stokes波等非线性波浪理论考虑浅水区波浪荷载的非线性效应,在时域上采用有限元方法对非线性波浪力作用下饱和砂质海床的动力响应进行了数值求解,并与线性波浪作用下海床动力响应特性进行了对比分析。结果表明,随着波长与水深之比L／d及无量纲参数T(g/d)^1/2的增大,非线性波浪对海床动力响应的影响增大。与线性波浪理论相比,孔隙水压力与有效应力幅值的增大效应非常显著。因此在近海海洋建筑物设计与工程场地评价中,波浪力的非线性特性必须引起注意。     

新型开孔工字板组合式防波堤波浪力特性试验研究

开孔工字板组合式防波堤是基于透空板式防波堤的一种新型结构形式,具有自重轻、材料省的特点。为充分了解新型开孔组合式防波堤的受力特性,基于室内水槽物理模型试验,测量新型开孔工字板组合式防波堤上的波压力与结构总力,研究相对波高H/d、相对波长L/B对该新型防波堤结构表面压力的影响,讨论了该新型防波堤所受波浪力荷载与相对波高H/d、相对波长L/B的关系。结果表明,相对波高H/d是决定新型防波堤结构表面波压力和结构总力的主要影响因素。该新型防波堤结构波浪力荷载以垂直方向受力为主,新型防波堤结构所受竖向总力远大于水平总力,最大可达到15倍。新型防波堤水平总力随相对波长L/B先增大后趋于稳定。相对波长L/B=3.617是防波堤结构水平总力变化幅度的分界点。     

缓坡上波浪谱的变形及破碎

在文献[1]中,通过实验分析和理论计算,笔者提出不规则波浪的破碎指标仍可采用合田[2]的相对波高极值(H/d)_b与Michell[3]和Miche[4]的极限波陡指标(H/L)_b.本文利用该破碎指标,分析计算了缓坡上不规则波在水流作用下的谱变形、波高的统计分布以及波浪破碎的概率等,其结果与作者的实验结果符合良好。     

非线性流函数波浪理论的求解

在海洋工程设计中,往往要求包括极限破碎波在内的极为非线性的波浪资料。为提供这些资料,目前已有多种非线性波浪理论可供使用,其中多数最终给出速度势函数φ(x,z,t)的表达式和波面方程,由此来研究与波浪相遇的结构物的运动性能,或者计算作用于这类结构物上的波浪力。这些理论包括用于近岸和浅水的孤立波理论和椭圆余弦波理论,主要用于深水和过渡水深的高阶斯托克斯波浪理论和流函数波浪理论,此外,还有扩展速度势理论和直接数值波浪理论等。在所有这些波浪理论中,流函数波浪理论对整个深水、过渡水深及部分浅水都提供了最好的边界条件拟合和最好的实验可靠性。就     

随机波对水平板冲击作用实验研究

波浪对透空式海上建筑物的冲击作用已经成为此类建筑物安全的重要影响因素。进行了单向随机波对水平板冲击作用水槽实验研究。总共进行了4个方向(0°、15°3、0°、45°),相对入射波波高H1/3/d=0.093 75~0.25,周期Tp=1.0~2.0 s,水平板距离静水面的高度s与入射波高H1/3的比值s/H1/3=0.0~0.5的实验研究。采用小波分析方法去除了由于测压传感器振荡引起的测量数据的振荡和漂移,在此基础上统计分析给出了不同方向水平板下的压力峰值分布情况。采用无因次方法,讨论了无因次冲击力与相对入射波高H1/3/d、相对板宽B/L、相对净空s/H1/3及波向角β的关系。     

新型浮式防波堤水动力性能数值研究

针对设计的新型双浮筒+Savinious型(S型)桨叶浮式防波堤的结构形式,基于势波理论和结构耦合水动力分析理论,利用面元积分和Newmark-β时间步进格式进行计算,研究其在线性规则波作用下的消波性能、运动响应和系泊张力响应,验证该结构的合理性。数值计算结果表明,阻尼修正后的防波堤纵摇运动响应合理,在波高H=1.5 m、波浪周期T=3 s下其消浪性能较为理想,透射系数达到0.65,同时系泊线张力呈周期响应并满足最大破断力的条件。此外,还研究了浮筒相对间距S1/L,浮筒—桨叶相对间距S2/L以及Savinious型桨叶高径比d/h三个无量纲关键几何参数对防波堤透射系数Ct和系泊线时域张力响应的影响。计算结果表明,浮筒间距S1越接近波长,防波堤消波性能越好,但迎浪侧张力响应幅值越大;随着浮筒—桨叶相对间距S2/L由0趋近于1,其透射系数随之减小,但迎浪侧张力响应幅值基本保持不变;减小桨叶的高径比d/h可以提高防波堤消波性能的稳定性,但张力响应幅值随之增大。     

波浪与水流共同作用下的流速场

本文讨论了波浪与稳定流相互作用的二元流条件下的流速场问题。分析表明由于波浪与水流相互作用的结果水流的垂线流速分布变得更为均匀,这一结果已经实验验证。结果还表明对于波流共同作用下的水平流速场可以应用波浪与水流二者水平流速值的叠加原理。数值计算的结果表明,对于波面高程和水平流速值,由非线性波理论所得的结果较线性波理论的结果为好。作者认为,在波流共同作用条件下,在工程实用上为了计算水平流速场,当相对水深 d/L 2大于0.1时,司采用斯托克斯三阶波或五阶波理论,当相对水深 d/L_2小于0.1时,司采用椭圆余弦波理论(d 为水深,L_2为静水中的波长)。     

海岸冲淤动态的理论分析：物质收支、剖面形态、岸线进退

海岸线动态经常被作为海岸冲淤的判据,然而,由于未能涵盖物质收支和海岸剖面形态的双重因素影响,此判据具有局限性。基于沉积物收支方程性质和海滩-潮滩剖面形态的理论分析,认为将物质收支与岸线进退速率或海岸剖面形态相结合,才能准确判别海岸冲淤状态。沉积物收支方程含有沉积体系规模、冲淤强度、系统生长极限等信息;海滩剖面形态决定于物质粒径、波能大小,波能耗散最小原理决定了海滩均衡剖面的存在性,而潮滩剖面形态决定于沉积物供给、粒径组成和潮汐动力。根据沉积物收支方程和海岸剖面理论,融合极端事件(风暴等)和海面变化因素,可获取砂质海岸(以海滩为代表)、泥质海岸(以潮滩为代表)各种侵蚀现象的发生机制、速率和时间尺度信息,海岸线变化速率从低(<100 m/a)到高(10¹～10² m/a)有数量级的差异,冲淤过程的时间尺度包括10^-2a(风暴事件)到10³a(海面变化)的范围。根据沉积物收支和海岸线进退的不同组合,可将海滩、潮滩海岸冲淤动态分为4类,其中第一类为堆积海岸,其余三类为侵蚀海岸,与不同的地貌演化方向和时...     

波浪在珊瑚礁地形上破碎特性试验研究

对波浪在珊瑚礁地形上的传播特性进行了物理试验研究,将珊瑚礁地形简化为坡度为1∶5的陡坡(向海坡)加较长水平礁坪段的地形,对规则波和不规则波在该地形条件下的波浪破碎及波高沿程衰减进行了研究。结果表明,波高较小时,波浪破碎发生在礁坪上,但随着入射波高的增大,破碎位置逐渐向来浪方向移动,直至在向海坡段破碎。对于在礁坪上破碎的波浪,相对水深db/L0一定的条件下,破碎波高与入射波陡H0/L0相关,且变化趋势受相对水深db/L0的影响。同时给出了该地形条件下波浪破碎指标以及礁坪段破碎后沿程波高的计算公式。     

重力式网箱数值模拟时波浪理论选择

针对重力式网箱数值模拟中波浪理论选择问题进行了专门的分析与讨论。在数值模型中分别采用线性波浪理论和斯托克斯五阶波浪理论,对重力式网箱的主要部件浮架系统和网衣系统进行模拟。通过将模拟结果与试验结果比较分析选取两种不同波浪理论对模拟结果的影响。分析结果认为在相对水深大于0.18情况下,应用线性波浪理论基本可以准确地模拟重力式网箱波浪作用下的运动和受力。     

波浪在泥床上衰减

本文用长江口航道淤泥进行室内波浪试验研究,得到波高在泥床上传播时沿程按指数函数衰减:H_l/H=exp[-K(l/L)~n]。函数的幂数n和系数K都是相对泥床厚度(D_s/D)、泥床含沙体积比(S_v)的函数,系数k还与波坦(L/D)和相对水深(D/H)有关。本文还探讨了波浪衰减与泥床波动、水体含沙浓度分布的关系,获得了波浪对泥床作用所产生泥沙运动的一些规律和特点。     

浅水波浪要素确定方法的探讨

本文对比分析了合田的不规则波设计计算法与我国<规范>法相同深水波浪条件下直立堤上波浪要素计算值的差别。表明:<规范>中的浅水系数值 Ks 在 d/L_0<0.08时,应采用非线性波浪理论的 Ks 值,否则偏低。并指出:按合田计算法的最大波高有时比<规范>的波高 H1%偏高较大。     

孤立波与升沉水平板相互作用数值模拟研究

合理的刚度和潜深设计可以使升沉水平板获得优异的消浪性能。基于考虑流体黏性的二维不可压缩Navier-Stokes方程,以高阶紧致插值CIP(constrained interpolation profile)方法求解方程对流项,采用VOF(volume of fluid)方法重构自由液面,构建二维数值波浪水槽。采用试验数据验证模型后,研究孤立波与升沉水平板相互作用,分析相对刚度K*、相对潜深d/h、相对波高H/h对于升沉板的消浪性能和运动响应的影响,揭示升沉板对孤立波的消浪机理。研究表明:在孤立波通过时,升沉板会经历一个先上升后下降的运动,随后非线性自由振动,板下方水体近似均匀流动,且水流的垂向流动与板的垂荡方向一致;升沉板主要通过不对称涡旋脱落、浅水变形、波浪反射与辐射波转化等方式消耗孤立波能量;一定条件下,采用最优相对刚度K*=4.0和最优相对潜深d/h=0.52可以取得良好的消浪效果,此时透射系数最小,同时升沉板的运动响应在合理的范围内。     

亚太海岸工程研究进展——第三届亚太海岸会议论文简介

简要介绍2005年9月在韩国举行的第三届亚太海岸会议(APAC2005)论文概貌。分析会议论文内容和特点,从而透视亚太海岸工程研究进展。会议论文特点可概括为:波浪理论研究与工程应用密切结合,海岸灾害和环境研究,海洋动力因素观测与预报关注恶劣海况、海况变化和预报精度,泥沙运动与河口海岸演变注重机理研究,海岸动力特性数值模拟新发展,波浪-结构-地基相互作用关注随机性和地基土特性研究,工程案例与其他。初步讨论了我国这一领域发展水平及主要差距。     

烟台海域海浪各种波高间关系的探讨

一、前言波高是海浪的主要因素,根据各方面的需要,波高可分为最大波高(Hm),十分之一大波波高(H1/10),有效波高(H1/3)和平均波高(H),各种波高之间存在着密切的关系。《海滨观测规范》中已介绍Hm与H1/3和H1/10与H1/3的经验关系式,但对各海区由于地理地形等特殊条件影响,海浪各种波高之间关系与规范介绍的经验关系式有多大差异尚无定论。本文利用实测资料就烟台海区各种波高之间的关系进行一些探讨。     

应用小振幅波理论分析波浪横越挖深航道时浅水系数变化规律

本文通过试验探讨波浪进入和通过挖深航道断面时浅水系数变化规律及小振幅波理论浅水系数适用范围。当波浪由浅入深或由深入浅,相对水深分别为d/L>0.10(d/L_0>0.056)或d/L>0.17(d/L_0>0.13)时浅水系数变化规律基本上与小振幅波理论一致,此结论可供实际工程参考。     

准三维位相分解的水动力及泥沙输运模型

本文将一个基于扩展到破波带的Boussi nesq方程的二维位相分解波浪变形模块与一个波浪挟沙输运模块相结合来计算二维输沙率 ,建立了两个水动力模块来计算流及湍粘性的垂向变化 ,以及波浪悬沙浓度和悬沙输沙率。在几种情况下对该模型进行了验证 ,并做了精度分析。Elfrink等 (1 996)给出了三维模型的描述 ,即一个无界海滩位相平均的波浪模块和一个波浪挟沙输运模块的合成。需要一个波浪理论来计算波要素。Rakha等 (1 997)所描述的模型则代表一个可位相分解的海岸剖面模型 ,即由一个一维 (1D)Boussinesq模块和一个垂向一维(1DV)波浪水动力及…     

裙带菜(Undaria pinnatifida)配子体培养条件的优化

以日本三陆地区的裙带菜(Undaria pinnatifida)配子体为实验材料,采用双因素完全交叉分组实验,研究了温度(18℃、21℃、24℃、27℃)、光照强度(50μE·m~(-1)·s~(-1)、80μE·m~(-1)·s~(-1)、110μE·m~(-1)·s~(-1)、140μE·m~(-1)·s~(-1))、培养方式(静置培养、磁力搅拌培养、充气悬浮培养)、接种密度(0.1g/L、0.2g/L、0.4g/L、0.6g/L、0.8g/L、1.0g/L)对裙带菜配子体生长的影响。结果显示,光强和温度等环境因素以及两者的交互作用对配子体生长有较大影响。21℃、50μE·m~(-1)·s~(-1)的条件组合是实验中配子体培养的最佳条件。在培养的第5d到第10d之间,裙带菜配子体克隆的细胞增长率最大,可在第10d对配子体进行继代培养,使其保持较高的增长率。培养方式和初始接种密度以及两者的交互作用对配子体生长有较大影响,初始接种密度为0.1~0.2g/L的充气培养条件是配子体培养的最佳条件组合。本实验得出,日本三陆裙带菜雌配子体克隆扩培的最适培养条件为:温度21℃、光强50μE·m~(-1)·s~(-1)、接种密度0.1~0.2g/L,充气悬浮培养。     

垂直海岸移行低气压所引起的强制波

H.-H.KUO和T.ICHIYE(1977)数值地研究了在正压海域中,垂直海岸移行风暴所引起的强制波,但这种结果是现象的总体,尚给不出强制波内在的物理属性。因此,这一问题无疑得求助于理论分析,然而目前尚未见论述。 诚然,在理论分析过程中,由于陆架区的复杂和非线性的效应,试图解析地讨论是     

粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)发酵培养基优化的研究

采用单因素试验和正交试验,对从山东东营海岸湿地盐碱滩地土壤中筛选出的一株海洋菌种———粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)的发酵培养基进行优化,并进行100 L发酵罐中试放大试验的研究。确定粘质沙雷氏菌的最佳培养基配方为葡萄糖10 g/L,硫酸铵5 g/L,麸皮50 g/L,柠檬酸三钠1.0 g/L,K2HPO4.3H2O 0.3 g/L,FeSO4.7H2O 0.05 g/L,MgSO4.7H2O 0.5 g/L,pH 7.2~7.7。发酵最适温度为30℃。通过测定粘质沙雷氏菌在发酵罐中培养的生长曲线,确定发酵时间以28~30 h为宜,发酵结束后发酵液中的活菌数约为50×108个/mL。将所筛选到的粘质沙雷氏菌应用于农作物的病害防治,效果非常显著,表明是一株高活性的生物防治拮抗菌。此研究结果为高效率、低成本和工业化生产具有生物防治作用的海洋菌种制剂提供了科学依据,也为海岸湿地盐碱土的可持续开发利用提供了技术支撑。