随机波浪下斯托克司漂移速度是否引起水面漂移物离散的研究

漂浮于自由水面的污染物的的迁移、扩散会受到天然随机海浪的影响。之前的研究（以Herterich和Hasselmann（1982）为代表）普遍认为,随机波浪作用下的斯托克司漂移速度会引起水面污染物的离散,这个离散甚至有可能跟风和海流引起的离散同一量级。本研究就随机波浪作用下的斯托克司漂移速度是否会引起水面漂移物的离散进行理论和试验探讨。从理论推导可知,随机波浪下的质量输移速度是个定常分量,因此它不会随时间变化而引起水面漂移物的离散。随后我们在实验室水槽中进行了漂移物在随机波浪（P-M谱）作用下的漂移过程的测量。试验结果也印证了随机波浪作用下的斯托克司漂移速度不会引起水面漂移物离散的结论。     

随机波浪下Truss Spar平台垂荡运动时域分析

研究Truss Spar平台在随机波浪下的垂荡运动特性。采用ITTC双参数谱,考虑绕射作用,数值计算了平台所受的随机波浪力。利用已有的水动力试验和数值模拟结果及Morison方程,估计了Truss Spar平台垂荡方向的附加质量和粘滞阻尼大小。考虑非线性阻尼和瞬时波面的影响,运用Runge-Kutta数值迭代算法,比较了不同随机波浪参数对平台运动响应的影响,特别是波浪特征周期接近垂荡固有周期时。结果表明,当波浪特征周期接近平台垂荡固有周期时,平台产生大幅垂荡运动,频域的运动分析结果比时域结果偏小。     

波浪水槽中随机波的模拟

根据线性系统理论,首先由给定的靶谱模拟海浪信号,再把此信号转换为造波控制输入信号,最后在水槽中指定的截面处产生具有给定靶谱的随机波。这种模拟方法已在青岛海洋大学物理海洋实验室的大型水槽中实现,并取得良好的效果。     

三阶Stokes型随机波浪载荷谱研究

应用非线性谱分析理论，对三阶Stokes型随机波浪载荷谱进行了分析，将波面方程及海水质点的水平速度用一阶波面的非线性组表示，导出了随机波浪谱的表达式。为了便于求解随机波浪的载荷谱，将阻力项展开为幂级数式，并应用非线性谱分析理论，确定了幂级数的系数，进而将波浪载荷表示为一阶波面及其导数的非线性组合，最后得出波浪载荷谱密度的表达式，并应用数值分析方法，得出单位桩柱波浪力及总波浪力谱密度。     

随机波浪作用下海洋平台主动控制的时滞补偿研究

基于预测控制理论，研究了适用于海洋平台的时滞补偿控制算法。该方法借助于随机波浪力的近似公式和卡尔曼滤波原理，推导出了随机波浪力向前一步预测公式，同时采用卡尔曼滤波方程，实现了对状态向量向前一步预测。利用随机波浪力及状态向量的实时在线预测公式，推导出最优控制力向前一步预测的表达式。在此基础上，发展了不仅适用于反馈控制系统而且适用于前馈-反馈控制系统的时滞补偿算法。采用一典型海洋平台为数值算例，计算结果表明，该方法在一定时滞范围内对海洋平台主动控制中时滞的补偿效果是显著的。     

多向随机波浪的方向谱分析

针对由多点波面资料进行方向谱分析过程中发现的问题，利用数值模拟的方法研究了互谱分析中光滑点数，光滑次数，采样长度，采样间隔，波浪入射方向，波浪的多向性等因素对方向谱分析结果的影响，得出一些有意义的结论。     

随机波浪作用下黑泥湾冲淤演变的数值模拟

近岸海域潮流、波浪动力条件复杂,单纯考虑潮流输沙对底床冲淤演变的影响可能存在较大的偏差。基于局地较长时期海浪场统计特征,将随机波浪因子引入底床冲淤演化模拟研究中,采用ECOMSED模式进行了不同波浪动力条件影响下黑泥湾海域冲淤演化的数值模拟,并与现场观测资料进行了比较,取得了较好的结果。结果表明,黑泥湾及附近海域存在较稳定的N—S向潮余流,这在整体上是本区泥沙输运的重要影响因素;湾内海域基本处于冲淤动态平衡,冲淤格局与其地形、海流流速和波浪场分布有关,楮岛周围与镆铘岛东面近岸海域以侵蚀为主,镆铘岛南部近岸以淤积为主;随机波浪要素的引入对冲淤演变模拟结果有较大的影响,引入波浪要素后的模拟的结果与海图更为接近。     

三维随机波浪对桩柱的作用

试验研究了三维随机波浪作用于垂直圆柱上的作用力.采用二维波浪的方法计算三维波浪力,研究了各波力系数随ＫＣ数和波浪方向分布的变化规律,并对三维波力和二维波力进行了对比分析.     

波浪作用下海床孔压累积过程离散元数值模拟

海床土层在波浪的循环荷载作用下会逐渐累积孔压,降低土层的稳定性,并威胁海上工程。为了研究孔隙水压力的累积机制,本文提出离散元孔隙密度流方法,并改进研发离散元分析软件MatDEM,实现了海床沉积物孔压的累积过程模拟。基于现场试验装置及土体力学参数建立离散元模型,通过对比试验和数值模拟结果发现:对海床沉积物施加波浪荷载后,表层土体中产生较高孔压,并逐渐向深层传递;在循环波浪荷载作用下,土颗粒间孔压累积范围逐渐增加;当孔压累积时间足够长时,土层中孔压收敛于所施加最大荷载与最小荷载的平均值,此时若孔压达到初始有效应力,土体将发生液化,内部土颗粒成为再悬浮沉积物;在周期性波浪荷载作用下,土颗粒液化悬浮后发生移动,浅层颗粒位移量大,土体整体表现为圆弧形移动。     

分段式造波机生成波浪内外部结构的一致性分析

用60个波高仪组成2m×2m的方阵,同步测量波面过程,用Doppler声学流速仪获得了二维正向和斜向规则波、二维正向和斜向随机波以及三维随机波浪场中不同水深处的同步Euler水质点速度各方向分量的高精度的时间过程资料.以此为出发点,讨论了分段式造波机生成波浪的周期分布特征,发现三维随机波浪周期分布的μ值与二维随机波浪比较有明显增大的趋势.分别从速度合矢量方向与波向的吻合程度(对二维波浪)、"多点波面"组合与"波面-水质点速度"组合两种方式得到方向谱的吻合程度(对三维随机波浪)等不同角度,论证了分段式造波机产生的波浪的内外部结构的一致性.     

Effect of dispersion on impulsive waves

The generation and propagation of surface waves resulting from suddenly created disturbances over water surfaces is investigated. The initial boundary conditions defining the disturbance are given either by a velocity of the free surface, an initial elevation of the free surface or a pressure impulsively applied on the free surface. It is shown that the corresponding three forms of solutions are related by a simple time derivative. Linear solutions are obtained in the cases where the wave motion is assumed to be nondispersive, mildly dispersive and fully dispersive, as well as in the case where the motion is given by the method of stationary phase. Criteria are established to indicate the limit of validity of each method.     

Observations of freak waves in random wave field in 2D experimental wave flume

Long time series of wave field are experimentally simulated by JONSWAP spectra with random phases in a 2D wave flume. Statistic properties of wave surface, such as significant wave height, skewness and kurtosis, are analyzed, and the freak wave occurrence probability and its relations with Benjamin-Feir index （BFI） are also investigated. The results show that the skewness and the kurtosis are significantly dependent on the wave steepness, and the kurtosis increases along the flume when BFI is large. The freak waves are observed in random wave groups. They occur more frequently than expected, especially for the wave groups with large BFI.     

随机波浪中畸形波在三维岛礁地形上的试验研究

在试验水池中,开展了波浪在岛礁地形上演化问题的研究。首先在实验水池中建立了西太平洋某岛礁地形的模型,然后采用改进的JONSWAP谱,由造波机产生不同周期、波高的随机波浪。试验中观察到了不同类型畸形波生成的过程及不同波面形态的畸形波。对偏度、峰度及水深与畸形波要素H_m/H_s（H_m表示波列中的最大波高, H_s为有效波高）的关系进行了详细的分析,同时,对畸形波波高H_fr与偏度的关也进行了分析。通过对试验结果分析,发现峰度与畸形波要素i>H_m/H_s呈正相关, H_fr增大时相应的偏度也会呈现增大的趋势。此外,水深的变化剧烈时（如斜坡、海山位置）有助于畸形波的发生。     

Experimental study of the breaking limit of multi-directional random waves passing over an impermeable submerged breakwater

This study investigates experimentally the breaking wave height of multi-directional random waves passing over an impermeable submerged breakwater. Experiments have been conducted in a three-dimensional wave basin equipped with a multi-directional random wave generator. A special type of wave gauge has been newly devised to record the water surface elevations in the breaker zone as accurately as possible. The records are analyzed to estimate the location and limit of wave breaking. Comparisons have also been made with the results of regular waves. The influence of the incident wave conditions on the breaking wave height normalized by the breakwater dimensions has been investigated. Empirical formulae have been presented to estimate the breaking limit of multi-directional random waves based on the experimental records. The formulae have been tested and found to work well not only for multi-directional random waves, but for regular waves as well.     

均匀剪切流场中的强非线性波及其色散关系

考虑了剪切流场中强非线性波,唯一的假设是水深与特征波长之比是小量,建立了基于任意水深处速度而不是通常所用的平均速度为速度变量的模型。不仅改进了色散关系,使模型的水深适用范围更大,而且由于整个推导过程对波的振幅没有做任何假设,因而所获得的模型可以用于任何振幅的波。     

未破碎变浅随机海浪的非线性模式

利用实测和实验室数据分析了未破碎变浅海浪波面高度分布三阶矩(或波面偏度)相对于Hs/d的空间演化,利用本文的经验关系,在二阶近似下,给出了以Hs/d为参量的非线性波面表示模式,并推导了功率谱、二阶谱以及波面高度分布函数等特征量.文中还讨论了波面偏度和峰度的相关关系.     

A nonlinear model for nonbreaking shoaling random waves

ＡｎｏｎｌｉｎｅａｒｍｏｄｅｌｆｏｒｎｏｎｂｒｅａｋｉｎｇｓｈｏａｌｉｎｇｒａｎｄｏｍｗａｖｅｓＬｉｕＸｉｎ＇ａｎ,ＨｕａｎｇＰｅｉｊｉ,ＣｈｅｎＸｕｅｙｉｎｇ,ＨｕＺｅｊｉａｎ（ＲｅｃｅｉｖｅｄＯｃｔｏｂｅｒ１５,１９９６,ａｃｃｅｐｔｅｄＡｕｇｕ...