波流共存场中多向随机波浪传播变形数学模型

基于波作用量守恒方程建立了波流共存场中多向随机波浪传播变形数学模型,模型中考虑了波浪绕射的影响和水流引起的波浪弥散多普勒效应,应用包含水流和地形影响的激破波模式计算波浪破碎的能量耗散,采用一阶上迎风有限差分格式离散控制方程。分别计算了有无近岸流情况下单向和多向随机波浪的波高分布,考虑水流影响的数值计算结果与物理模型实验数据吻合良好,比较分析表明,所建立的数学模型能够复演由于离岸流引起的波高增大,可用于波流共存场多向随机波浪传播变形的模拟和预报。     

日照豪迈码头港池布局对泥沙输移影响研究

港池的布局会改变其周边海域水动力条件及其泥沙冲淤状况,为了进一步了解其影响程度,本文以山东日照豪迈重工临港厂区运输码头的改造工程为研究对象,利用平面二维数值模型MIKE21/3 Integrated Models,建立了潮流和波浪耦合作用下的泥沙输移数值模型,对该工程附近海域进行了波浪、潮流和泥沙输移的数值模拟。同时采用实测数据对数值模型进行了验证,数值模拟结果与实测资料拟合较好,表明MIKE21能有效地模拟运输码头及其周围海域潮流的变化过程。以日照豪迈重工临港厂区运输码头为依托,基于数值模拟结果,分析不同改造方案下的水动力条件和泥沙冲淤状况。结果表明:港池布局对水动力条件影响甚微,对地形地貌冲淤影响较大;模拟结果确定港池南向开口为最佳改造方案,为工程的规划和设计提供科学依据。     

冬季平流层波动模型的分岔特性

从描述波流相互作用的Ｈｏｌｔｏｎ－Ｄｕｎｋｅｒｔｏｎ简称Ｈ－Ｄ）模型出发，应用延拓方法求解常微分方程的分岔问题，研究冬季平流层波动模型的分岔特性．给出了大气行星波２与流相互作用的底部边界强迫波、底部边界平均纬向风场、风切变等参数的分岔特性，同时给出了波１与流相互作用的底部边界强迫波的分岔特性的结果．     

A Bingham-plastic model for fluid mud transport under waves and currents

Simplified equations of fluid mud motion, which is described as Bingham-Plastic model under waves and currents, are presented by order analysis. The simplified equations are non-linear ordinary differential equations which are solved by hybrid numerical-analytical technique. As the computational cost is very low, the effects of wave current parameters and fluid mud properties on the transportation velocity of the fluid mud are studied systematically. It is found that the fluid mud can move toward one direction even if the shear stress acting on the fluid mud bed is much smaller than the fluid mud yield stress under the condition of wave and current coexistence. Experiments of the fluid mud motion under current with fluctuation water surface are carried out. The fluid mud transportation velocity predicted by the presented mathematical model can roughly match that measured in experiments.     

新型旋转减冲装置对桩基局部冲刷防护试验研究

为减轻海上风电单桩基础周围局部冲刷对其结构安全的影响,提出了一种新型旋转减冲装置。在波流水槽中开展物理模型试验,改变波流条件、装置安装高度、安装距离,记录桩周冲刷发展历时,运用激光地形仪扫描冲刷坑形态,分析各工况下冲刷坑形态差异,验证装置不同安装距离、安装高度下的冲刷防护效果,提出了不同安装位置下的防护效率公式。结果表明：新型旋转减冲装置具有较好的冲刷防护效果,本试验工况下,桩周最大冲刷深度可减小44%左右。装置安装距离对冲刷防护效果影响较小,波流作用下的冲刷防护效果受装置安装高度影响显著,冲刷防护效果随装置安装高度的增加而减弱。     

珊瑚岛礁海岸多尺度波流运动特性研究新进展

珊瑚岛礁海岸波流动力复杂、地貌形态特殊、工程响应未知, 波浪传播变形和波生环流对建筑物安全、地形地貌演变、防灾减灾和生态环境保护都有重要影响。本文从大范围大洋海脊导波与岛礁波浪俘获、中等尺度的礁坪-潟湖-裂口系统波流特性、建筑物前沿的局部波流特性及工程响应等三种不同空间尺度上综述了波流运动特性研究的新进展, 主要包括深水大范围的海脊波浪引导与岛礁波浪俘获的理论解析、礁坪-潟湖-裂口系统整体物理模型实验、基于大水槽实验的建筑物影响下波流演化过程及越浪量和波浪力计算方法, 并提出亟需深入研究的重点内容。     

大型泊位设计中的水流问题——以宝钢马迹山港为例

本文以宝钢马迹山２５万吨级矿石中转港码头设计中所遇到的水流问题为例,通过对研究水域的水流性质以及泊位、船舶、水流三者之间关系的初步分析,认为水流尽管与风、浪一样不致船舶结构破坏,但一定时段内却可能对其靠泊造成困难,而水流作用于系泊中船舶并传递给码头结构物的荷载,以及水流与波浪相互作用使得波流要素改变则是设计中必需考虑的。最后,作者对港口设计和运作提出建议,以期相类似水深流急地区建设大型泊位时能有所借鉴。     

波流耦合下保守污染物迁移扩散的模拟研究

基于三维潮流和谱波浪模型,以及输移扩散模型和拉格朗日粒子追踪模型,构建了波流耦合下保守污染物的迁移扩散模型。模型基于非结构化网格,对近岸复杂岸线有很好的拟合,可用于大范围波流耦合计算。运用所建的耦合模型研究了旅顺港内外的潮流变化、波生流场、保守污染物输移、粒子运动、以及新水道对湾内污染物迁移的影响,模拟的潮流场与实测数据吻合较好。结果表明:潮流会在湾内近湾口处形成一逆时针涡,波浪对湾内影响较小,但波生流会改变湾口流场分布;在湾内处于涡中的水体潮流自净能力较强,而湾中及湾底则较弱,SE向波浪会降低湾内水体的自净能力;新潮流通道的开挖,会显著改善水体的自净能力,尤其对湾底浅水区域作用明显。     

波流共同作用下多孔介质海床动力响应的解析解

本文提出一个评价波流共同作用下多孔介质海床的孔隙水压力和有效应力动力响应的u-p近似模型。与过去相关研究主要不同处是在于本文着重考虑了潮流在该问题解析解中的作用。本文提出的解析解首先分别与实测数据和COMSOL数值解对比验证。接着以此解析解为基础进行了一系列关于流的作用的参数分析。本文首先研究了潮流对于不同海床深度的影响以及不同波流荷载下海床的动力响应问题,数值结果显示了潮流和非线性波对孔隙水压力和有效应力的重要作用。本文最后研究了不同潮流方向对海床动力响应的影响,结果显示由不同的潮流方向引起的孔隙水压力的相对变化可以达到静水压力的15%。     

Spectral wave transformation model for simulating refraction-diffraction with strongly reflecting coastal structures

On the basis of the wave action balance equation which incorporates refraction, diffraction, reflection and wave-current interaction, a directional spectral wave transformation model WABED is developed for predicting the irregular wave refraction-diffraction with strongly reflecting structures in coastal regions. In the model, diffraction is taken into account by introducing a term formulated from a parabolic approximation wave equation, and reflection is calculated through a back-marching numerical approach at the reflecting boundary. Two experimental data sets are used to examine the performance of present model with regard to wave characteristics around reflecting coastal structures. One is from a physical experiment at idealized inlet with parallel jetties, while the other is from a laboratory study on a coastal project of the concave breakwater. Reasonably good agreements are found for both cases, revealing the applicability of the present model for predicting combined wave refraction-diffraction processes with strongly reflecting coastal structures.