新型波浪采集系统平台设计

主要介绍了新型波浪采集系统的设计思想与主要参数，采集、存储、运算和电源控制部分的结构与组成，以及各部分的特点和关键技术。     

基于扩展型双曲缓坡方程波浪传播模型

在时域缓坡方程中,引入非线性修正项、高阶地形影响项以及能量耗散项,推导得出扩展型双曲缓坡方程。基于该方程,利用ADI格式建立波浪传播数学模型,并应用于椭圆形浅滩、Bragg反射正弦沙涟地形以及斜坡地形的波浪传播计算,计算结果与试验数据均吻合良好,表明该模型能够对近岸波浪的折射、绕射、反射、浅水变形、弱非线性、陡变地形影响以及破碎进行较好地模拟。     

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。     

波浪及波流边界层泥沙起动规律

基于波浪边界层理论及单向流泥沙起动Shields曲线,推证出波浪泥沙起动Shields曲线;基于波流边界层理论,提出表述波流边界层动力特征的波流比因子X及非线性作用因子Y,并建立了Y与X的相关关系;在此基础之上,结合单向流及波浪泥沙起动Shields曲线,推证出波流共同作用下泥沙起动Shields曲线。结果表明:波浪泥沙起动Shields曲线在层流区与单向流光滑紊流区曲线保持一致,粗糙紊流区与单向流粗糙紊流区曲线保持一致,过渡区线型为折线,由层流区及粗糙紊流区曲线延长交汇获得;X及Y能够合理地表征波流边界层动力对比特征及非线性作用特征;波流泥沙起动Shields曲线介于波浪及单向流泥沙起动Shields曲线之间,随着波流比因子X的不同,依据非线性作用因子Y,自动在波浪及单向流泥沙起动Shields曲线之间非线性过渡。建立的波流泥沙起动Shields曲线与试验结果吻合较好,且能够概括单向流、波浪及波流等不同动力及细沙、粗沙等不同粒径的泥沙起动条件。     

波浪作用下海床瞬态剪切破坏深度的计算分析

鉴于弹性本构模型的简便性,目前波浪作用下海床瞬态剪切破坏深度的计算一般都是基于海床的多孔弹性介质模型,这种方法不能考虑塑性单元不平衡应力的重分配,而如果将海床视为多孔理想弹塑性介质进行波浪作用下的瞬态响应分析,则可以克服上述缺陷。为此,以波浪作用下砂质、粉砂质海床瞬态响应模型为例,基于Mohr-Coulomb屈服准则,对不同海床计算参数条件下上述2种计算方法的结果进行了对比分析。结果表明,将海床视为多孔理想弹塑性介质时海床瞬态剪切破坏深度大于等于海床为多孔弹性介质时的计算结果;随着海床计算参数的变化,2种方法计算结果的变化趋势较为一致,且在砂质、粉砂质海床常见计算参数范围内,2种方法计算结果的差值在一个相对固定的范围内变化。     

太湖波浪数值模拟

在太湖实际波浪观测的基础上,采用率定验证后的第三代动谱平衡方程,考虑实际水底地形、波浪折射、浅化、反射、破碎、湖流等条件下,对太湖波浪进行数值模拟,研究太湖波浪的主要影响因素.结果表明:SWAN模型可以较好地模拟风作用下太湖风浪的生成和传播过程,模型在太湖应用是合适的;波高、波长、波周期等波浪参数在太湖的分布与风速、风向、水深等因素密切相关;在相同风向、不同风速情况下,太湖波浪发展至稳定状态的时间不一样;在不同风向,相同风速持续作用下,有效波高达到稳定的时间差不多,变化趋势也比较相同.说明波浪的发展不光取决于风速的大小,还同风的持续吹的时间和风区长度有关.     

波浪掀沙、潮流输沙的数值模拟

在淤泥质海岸上,促使岸滩演变的基本动力过程是波浪掀沙、潮流输沙.它与岸滩演变、港口回淤、航道淤积、闸下淤积等许多问题有关.本文重点介绍波浪掀沙、潮流输沙及海底演变过程,论述其数值模拟的数学理论即各种动力因素的控制方程及地形演变方程,论述波浪掀沙、潮流输沙的物理过程.通过理论分析与实践验证,并确定模拟演变过程的几个重要参数,如潮流底部剪切应力、波浪潮流共同作用下的底部剪切应力、风对水面的剪切应力以及波浪剩余动量流等,为正确的模拟提供了可靠的依据.文章通过应用实例说明此模拟是正确的,可应用于该领域内的各种复杂问题.     

实际气象场驱动下太湖悬浮物浓度的模拟研究

本文利用高频变化的实际气象数据, 在考虑波浪作用的前提下利用FVCOM (Finite-volume Coastal Ocean Model)模式模拟了太湖底泥再悬浮的情况。模拟结果表明, FVCOM模式在考虑波浪作用下对太湖悬浮物浓度的模拟结果与卫星反演结果吻合较好。在模拟时刻, 湖心区和西南湖区是悬浮物浓度的大值区, 其原因在于: 湖心区虽然底泥较少, 但其流场的分布总是有利于周围悬浮物向湖心区输送; 而西南湖区本身有底泥的分布, 在上升运动和流场的配合下, 一方面有悬浮物向该区域输送, 另一方面该区域有沉积物悬浮。模拟时刻切应力和悬浮物浓度的空间配置是不一致的, 说明了底部切应力并不是影响悬浮物浓度的唯一因子, 还与湖流的输移和底泥的分布有关。     

波浪作用下沙纹床面底层流动特性研究

涡动沙纹很大程度决定着床面阻力和波浪衰减,针对涡动沙纹作用下的绕流结构具有强二维特性,建立了立面二维曲线坐标下的数值模型.利用国外公开发表的试验数据进行验证,表明模型能模拟波浪作用下底层分离涡随时间、空间变化的动力特性,对底层流动的紊动特性、床面剪切应力的随时间、空间的变化以及涡动结构的尺度分别进行了讨论.     

A Time-Domain Coupled Model for Nonlinear Wave Forces on A Fixed Box-Shaped Ship in A Harbor

A 2-D time-domain numerical coupled model is developed to obtain an efficient method for nonlinear wave forces on a fixed box-shaped ship in a harbor.The domain is divided into an inner domain and an outer domain.The inner domain is the area beneath the ship and the flow is described by the simplified Euler equations.The other area is the outer domain and the flow is defined by the higher-order Boussinesq equations in order to consider the nonlinearity of the wave motions.Along the interface boundaries between the inner domain and the outer domain,the volume flux is assumed to be continuous and the wave pressures are equal.Relevant physical experiment is conducted to validate the present model.It is shown that the numerical results agree with the experimental data.Compared with the coupled model with the flow in the inner domain governed by the Laplace equation,the present coupled model is more efficient and its solution procedure is more simple,which is particularly useful for the study on the effect of the nonlinear wave forces on a fixed box-shaped ship in a large harbor.