近岸岛屿周围波生流的数值模拟

基于非结构网格有限体积法的环流模型,建立了相位平均的波流作用模型。模型中考虑了波浪破碎效应的三维辐射应力和波流作用下的扩散系数。通过模拟试验水池中人工岛和天然岛屿周围的波生流,对岛周围波生流的运动特征进行了分析。当波浪垂直入射到均匀斜坡上的人工岛时,岛周围产生回流和对称的环流,流速沿水深分布稍有差异。在天然岛屿中,入射波浪在近岸形成沿岸流。靠近岸线岛屿周围的沿岸流比离岸较远岛屿周围的流速大。这和辐射应力在浅水区域作用有关,岸线区域波生流特征明显。近岸岛屿周围在波浪辐射应力下产生不同的波浪增水,该波浪增水形成压力梯度进而促进岛屿周围的流态变化。     

受陆岸影响浅水区台风风浪的计算方案

在我国港口工程技术规范的波浪成长理论基础上，考虑到台风波浪的基本特点、等效水深的概念、浅水区波浪的折射、不规则波的能量分布特性、受陆岸和岛屿影响角度范围内的有效能量风区长度等因素，提出了受陆岸、岛屿影响浅水区（包括海湾区）台风风浪的计算方案。本方案只需台风中心位置、中心气压和计算点于各方位的风区长度（受陆岸影响部分）等资料，便可快速地得到计算点的波浪要素。经实测资料验证，效果良好。     

岛屿岛礁海域海浪能谱模型研究进展

波浪能谱模型在岛屿岛礁海域的波浪预报研究和海洋工程中应用广泛,但存在模式计算格点无法充分体现岛屿岛礁的复杂地形特征和很难刻画波浪受到岛屿岛礁影响发生变形物理过程等两个关键问题。多重网格嵌套方案、岛屿次网格地形效应计算方案以及非结构网格、无网格、动态自适应四叉树网格等技术在体现岛屿岛礁复杂地形方面取得了较好的效果;将相位解析模型与波浪能谱模型优势互补是提高能谱模型对岛屿近岸波浪变形物理过程计算能力的一个有效方法。开展球坐标系下波作用密度谱方程的自适应四叉树网格求解方法研究,借鉴相位解析模型最新成果完善能谱模式的绕射、反射、底摩擦等物理过程,是提高岛屿岛礁海域海浪精细预报技术水平的前沿性、探索性研究方向。     

受陆岸影响浅水区台风风浪的计算方案

在我国港口工程技术规范的波浪成长理论基础上，考虑到台风流浪的基本特点，等效水深的概念，浅水区波浪的折射，不规则波的能量分布特性，受陆岸和岛屿影响角度范围内的有效能量风区长度等因素，提出了受陆岸，岛屿影响浅水区（包括海湾区）台风风浪的计算方案，本方案只需台风中心位置、中心气压和计算点于各方位的风区长度（受陆岸影响部分）等资料，便可快速地得到计算点的波浪要素。经实测资料验证，效果良好。     

波浪在三维圆形岛地形上的绕射研究

波浪在传播过程中遇到岛屿就会发生绕射。本文使用混合元方法对修正型缓坡方程进行了数值求解,并与KUO et al的解析解进行了比较验证。在此基础上研究了工程尺度背景下,波浪在三维圆形岛地形上的绕射,计算了不同入射波浪周期、浅滩形状参数和岛屿尺寸情况下,沿波浪传播方向断面上和岛屿岸线上的相对波高大小。计算结果表明：随着入射波周期的减小、浅滩形状参数的增大和岛屿尺寸的减小,圆形岛迎浪侧的相对波高振荡幅度、圆形岛背浪侧的相对波高大小以及岛屿岸线上的相对波高振幅和大小均随之增大。不同情况下,岛屿岸线上的相对波高最大值大多数发生在迎浪点,个别发生在迎浪点两侧20°~25°处;最小值发生在背浪点两侧30°附近。     

西沙湾工程波浪推算及波浪场数值模拟

本研究根据崇武水文站1976—2007年共31 a的波浪观测资料,使用皮尔逊Ⅲ型频率曲线进行拟合分析,推算出崇武在不同重现期条件下的特征波浪要素,再将其作为外海波浪要素输入,通过基于椭圆型缓坡方程的CGWAVE近岸波浪数值模型,模拟西沙湾的重现期波浪场,得到其设计波浪要素,得到较为合理的计算结果。西沙湾的海底地形强烈地影响近岸波浪,导致了波高和波向的不均匀分布特征,岛屿和礁石都是天然屏障,东侧水域受龟屿及闽台码头的掩护,波浪反射、绕射明显,对避风坞起到了有效的保护作用。此外,对于不同地质的边界,反射系数不同使得近岸波高分布有较大差异。     

水下圆形浅滩附近波浪绕射的计算

采用波数矢量无旋和波能守恒方程对圆形浅滩附近水域波浪绕射进行了数值计算,计算模型中采用Ｂａｔｔｊｅｓ关系与波数矢量无旋,波能量守恒方程一起联合求解圆形浅滩附近水域波浪折射影响下的波浪要素。本文的数值计算模型对圆形浅滩水域波浪折射绕射现象的验证结果表明,计算所得结果与试验结果是吻合的,数学模型是可靠和合理的,具有实用价值。     

复杂群岛海域海浪数值模拟方法及试验

在复杂群岛海域海浪模拟中,发展一种综合利用水深数据和高分辨率海岸线数据优化计算网格和在海浪数值计算中引入次网格地形效应的方法,充分描述多岛屿复杂地形分布对海浪模拟的影响.通过理想试验和实际应用表明:采用该方法后.在计算网格分辨率水平上,充分考虑了海岸和多岛屿地形对海浪传播的作用和多岛屿的次网格效应.数值计算结果有明显改善.     

基于多层感知器的风涌浪分离方法

风涌浪分离是研究风浪、涌浪各自特性的基础,但受限于海浪谱数据的匮乏,基于海浪谱的风涌浪分离方法难以普及应用,有效的解决办法是采用波浪观测中容易获取的基本波要素进行风涌浪分离。现有方法无法利用基本波要素全面计算出风浪、涌浪的比例及其特征参数,为此本文将机器学习引入到风涌浪分离中,以多层感知器模型为基础,提出了一种利用基本波要素、风要素准确计算出风涌浪参数的方法。该方法需要每个测站提供至少466笔、建议766笔及以上的实测波浪数据作为训练样本,适用于台湾海峡3个测站,在计算精度上显著优于基于海浪频谱的传统风涌浪分离方法,可为本海域缺乏海浪谱的测站提供替代性的风涌浪计算方案,有助于扩大实测风涌浪资料的来源,进而加强风涌浪分布特性以及预警预报研究。     

港内波浪要素计算方法研究

为分析不同计算方法在推算港内波要素中的适用性,分别采用JTS 145-2-2013《海港水文规范》计算方法和数学模型计算方法计算了防波堤为单突堤、双突堤和岛式堤三种典型布置型式的港内波浪.将计算结果与物理模型试验结果进行了对比,分析了不同布置型式时3种方法得到的结果之间的差异性,给出了在计算不同防波堤布置型式下的港内波浪要素时上述3种方法的适用程度.     

台湾近海水文观测体系的构建及其数据分析方法

台湾岛地处亚欧大陆和太平洋交界处,台风、东北季风等所引起的海洋灾害频繁,所以建立完备的海洋水文观测体系显得尤为重要。中国台湾自主建置完成的近海水文观测体系由资料浮标站、观测桩、潮位站、岸边气象站、雷达测波站等多种近海水文观测系统构建组成;同时,为确保观测体系的准确性和规范性,还建立了数据品质管理系统和标准化作业模式。在近海水文观测数据的分析方面,尝试应用新的数学分析方法,如通过EMD（empirical mode decomposition）方法探讨风暴潮水位变化,利用小波转换从雷达观测影像中分析近岸波浪信息,以及发展数据同化技术将观测数据应用于作业化波浪现报、预报模式。此外,近海水文观测体系在社会应用方面有着很大的发展潜质。     

木本植被覆盖岸坡上波浪爬升过程的数值模拟研究

近岸木本植物构成的生态缓冲带作为新型的海岸软防护结构,兼具功能性和生态友好性,在沿海工程建设中愈发受到关注,如何深入开展其防护效果的机理研究是目前亟待解决的问题。本文采用数值模拟方法,在N-S方程中分别考虑树枝和树干的拖曳力影响,提出了木本植被作用下波浪沿斜坡爬升的表面波衰减的连续介质等效模型,并采用MAC法来跟踪自由曲面上的水颗粒轨迹。本文以波浪沿1/30的斜坡爬升为算例,对比讨论了有无植被作用下波浪的传播过程,并将算例结果与以往试验结果规律进行对照,验证了数值模型的有效性。最后,分别讨论了植物枝干的高度、密度、树枝倾斜角度等植被特性和波浪因素对植被消浪效果的影响,得到植被消浪的基本规律。文中的计算结果也可为实际的护岸工程和生态景观设计提供参考。     

滨海植物的海岸带减灾特性研究综述

滨海植物广泛分布于海岸带，形成了红树林、盐沼及海草床等湿地系统，具有重要的生态价值和海岸带减灾作用。不同滨海植物的结构和刚柔特性不同，植物群密度及其分布的海洋水动力环境也有差异，因而具有不同的海岸带减灾特性。前人就不同植物类型的海岸带减灾特性开展了丰富的理论研究，本文系统地整理了滨海植物的海岸带减灾事例，从现场观测、水槽试验、数值模拟和理论模型等方面概述了植物群的消浪、阻流、促淤、防冲等相关研究成果，介绍了滨海植物海岸带减灾功能的一般评价方法，分析了各方面研究的不足及后续发展方向。     

A GIS-based step-wise procedure for assessing physical exposure in fragmented archipelagos

Wind and waves are major forces affecting the geomorphology and biota in coastal areas. We present a generally applicable method for measuring and calculating fetch length, fetch direction and wave exposure. Fetch length and direction, measured by geographic information system-based methods, are used along with wind direction and wind speed data to estimate wave height and period by applying forecasting curves. The apparent power of waves approaching the shore, used as a proxy for wave exposure, is then calculated by a linear wave model. We demonstrate our method by calculating fetch lengths and wave exposure indices for five areas with varying exposure levels and types of meteorological conditions in the Finnish Archipelago Sea, situated in the northern Baltic Sea. This method is a rapid and accurate means of estimating exposure, and is especially applicable in areas with geomorphologically varying and complicated shorelines. We expect that our method will be useful in several fields, such as basic biogeographical and biodiversity research, as well as coastal land-use planning and management.     

连云港近岸海域沉积物粒度空间分布特征及其分析

连云港近岸海域沉积物的粒度在空间上具有"近岸细、远岸粗"的分布特征.为了探讨粒度的这种空间分布特征,利用端元分析模型和多变量分析方法对108个底质样品粒度特征进行了分析,结果表明,可以把连云港近岸海域沉积物划分为具有一定动力意义的3个粒级组,它们代表不同能量环境下形成的沉积物:潮流沉积、潮流-波浪混合沉积和波浪沉积,这些沉积物对应于前三角洲沉积物、动力改造沉积物以及原地海滩沉积物.     

WAVEWATCH-Ⅲ海浪模式中岛屿次网格效应的检验与比较

综合利用水深数据和高分辨率海岸线数据,在优化WAVEWATCH-Ⅲ模式计算网格的基础上,发展了波能通量穿透度系数自动计算方法,完善了岛屿次网格地形效应计算方案;并与直接提高网格空间分辨率来分辨多岛屿地形处理方案的计算效果进行对比研究。表明:岛屿次网格效应方案充分体现了海岸和多岛屿地形对海浪传播的影响,且主要是对低频海浪能量的抑制和阻碍作用,对模式计算结果有明显改善;在低分辨计算网格中考虑岛屿次网格效应时,模式对有效波高的计算精度与高分辨率网格的结果精度相当,且计算效率有显著提高。     

基于长时间序列ERA-Interim再分析资料的广东沿海波浪能资源分布特征分析

波浪能的开发利用作为海洋可再生能源发展的重要组成部分,持续受到社会和学界的广泛关注。广东省波浪能资源的开发利用具有得天独厚的优势,但其发展水平还处于探索阶段,亟须进一步加强。本文利用长达40年(1979—2018年)的ERA-Interim再分析波浪资料,从总体分布特征上分析了广东沿海波浪能资源及其长期变化趋势。粤东-珠江口-粤西沿岸一线,波浪能资源呈现"低-高-低-高-低"的分布特征,具有显著的季节变化特征;长期变化趋势上呈现显著的逐年线性递增特征,递增速率为0.054 3 kW/(m·a),其中1979—1994年变化较为快速,2001—2018年变化较为平缓。     

Experimental Study of Overtopping on Sea Dikes and Coastal Flooding Under the Coupled Processes of Tides and Waves

Storm surges are cataclysmic natural disasters that occur along the coasts and are usually accompanied by large waves. The effects of coupled storm surges and waves can pose a significant threat to coastal security. Previous laboratory studies on the effects of storm surges and waves on coastal structures have typically utilized steady water levels and constant wave elements. An indoor simulation of the coupled processes of tides and waves is developed by adding a tide generation system to an existing laboratory wave basin to model continuous dynamic tide levels so that tide generation and wave-making occur synchronously in the pool. Specific experimental methods are given, which are applied to further study waves overtopping on artificial sea dikes and coastal flooding evolution under the coupled actions of tides and waves. The results of the overtopping discharge obtained by the test with a dynamic water level are compared with those obtained from steady water level tests and the existing empirical formula. In addition, the impacts of ecological coastal shelterbelts and structures on coastal flood processes and distributions are also investigated. The proposed simulation methods provide a new approach for studying the effects of storm surges and waves on coastal areas. The study also aims to provide a reference for coastal protective engineering.

     

南渡江三角洲海岸泥沙纵向运移与岸滩演变的响应

南渡三角洲沿岸在盛行ＮＮＥ向波浪等动力条件的作用下,泥沙产生纵向运移,岸滩遭受侵蚀或堆积,岸滩演变剧烈。本文利用基于网格的波注折射绕射模型,分析南渡江三角洲海岸波浪动力过程、破波带波能与辐射应力分布及其引起的沿岸泥沙纵向运称。浴海岸动力学地貌的角度,通过三角洲沿岸波浪动力特征、泥沙运动的分析,探讨沙质岸滩的动态与地貌演变。     

崇明岛南侧盐沼潮滩消能状态研究

沿海盐沼潮滩可以有效降低波浪高度,耗散波浪能量,在海岸防护和沿海城市安全中扮演着重要角色。以长江河口崇明岛南侧盐沼潮滩为对象,基于不同潮间带实测波浪变化数据,采用波能衰减模型对波浪横向沿潮滩衰减状态进行定量分析,由此探讨波浪衰减主控要素。结果表明:波浪沿盐沼潮滩向岸传播过程中,波高以及波能大幅下降,其中光滩—芦苇前部区域波能平均下降19%,芦苇区域波能平均下降71%,有植被覆盖区域对波浪的衰减效应更为显著。同时,水深、入射波高及阻力是影响盐沼潮滩波浪衰减的主要因素,波浪衰减强度随水深增大而减小,入射波高增加以及阻力的增大而增强。