粤东后江湾涨落潮下的碎波带波能与滩面地形时空变化分析

利用涌浪和处于陡滩面、滩面下陡坎和深槽海滩地形条件下的海滩碎波带压力波和滩面地形资料,对碎波带中的入射总波能、长重力波能及两者比值随潮位涨落的变化关系,碎波带动力因子与滩面地形之间的作用关系及典型相关和多维偏交叉谱关系等作了初步分析。结果表明,碎波带中的入射总波能与潮位涨落呈现出一致的变化规律;而碎波带中的长重力波能变化与潮位涨落变化趋势相反;碎波带各动力因子、滩面潜水位和碎波带波浪、潮位及滩面地形引起的滩面陡坎处破波点位置变动等因素的耦合作用,对滩面向海发育和滩面地形变化有重要影响。     

海坛海峡二维潮流场数值模拟

海坛海峡为南北狭长型海峡，海峡内潮波属于前进波．本文建立了平面二维浅水波数学方程，利用欧拉-拉格朗日差分方法得到数值解，模型采用随时间变化的动边界技术，成功地模拟了海坛海峡的前进波特征，并根据实测数据进行了验证．同时计算了同潮时线和等振幅线，不同时刻的潮流场和潮流平均流速分布．计算结果表明，北部湾口M2分潮高潮时间比南部湾口早约5～6min，等振幅线范围约为2．12～2．15m．海峡内流速分布呈南北强、中间弱的特点，最大流速1m／s左右．     

楔形体在波浪中自由入水的数值模拟

物体入水时波浪的影响不可忽略,基于流体力学模型采用VOF法,并利用自定义函数,模拟了楔形体的自由入水过程;同时结合推波板原理及海绵层消波理论实现了数值水槽的造消波,完成了波浪中楔形体自由入水的模拟,计算了楔形体入水时所受的水作用力、自由液面变化及物面压强分布等,研究了不同波高、周期以及在波浪不同位置入水时对楔形体的影响。结果表明:本文建立的数值模型可很好地模拟楔形体入水造成的射流及空泡的形成发展过程,波浪对楔形体入水的影响主要由波浪内部流场变化及表面波形决定,在波浪不同位置处入水对楔形体受力及入水形态均有较大影响。     

不同因素对人工岛波浪绕射影响研究

为研究人工岛尺度变化和波浪方向分布对人工岛绕射波浪的影响,基于MIKE21-BW模型应用数值方法模拟人工岛波浪绕射过程。数值结果与Briggs等的物理试验结果的对比表明两者吻合较好,验证了模型的适用性。在规则波条件时,圆形人工岛绕射波浪的数值结果与线性波浪绕射理论解基本一致;采用该模型分别模拟了6种尺度的圆形人工岛、单向不规则波和9种方向分布θ_(max)、4种谱峰周期条件时绕射波浪分布情况。分析结果表明,圆形人工岛绕射系数随着尺度的增加,掩护区绕射系数随之减小;θ_(max)在10°~45°范围内,随着θmax的增大,绕射系数随之增大,θ_(max)在45°~75°内绕射系数变化较小;随着谱峰周期的增加,绕射系数随之增大。研究成果既为相关规范的完善提供了基础,也为相关工程设计提供了参考。     

多种数字海洋地理环境信息的融合与可视化的局部实现

以潮汐、潮流和海浪数值的计算技术和数字海底地形模型的构造方法为基础,应用层次细节模型和三维渲染技术,完成了近岸海洋环境保障的多种数字海洋地理环境信息的融合与可视化的局部实现,为今后此领域的研究提供了理论和经验基础。     

Exact solution and approximate solution of irregular wave radiation stress for non-breaking wave

Wave radiation stress is the main driving force of wave-induced near-shore currents. It is directly related to the hydrodynamic characteristics of near-shore current whether the calculation of wave radiation stress is accurate or not. Irregular waves are more capable of reacting wave motion in the ocean compared to regular waves.Therefore, the calculation of the radiation stress under irregular waves will be more able to reflect the wave driving force in the actual near-shore current. Exact solution and approximate solution of the irregular wave radiation stress are derived in this paper and the two kinds of calculation methods are compared. On the basis of this, the experimental results are used to further verify the calculation of wave energy in the approximate calculation method. The results show that the approximate calculation method of irregular wave radiation stress has a good accuracy under the condition of narrow-band spectrum, which can save a lot of computing time, and thus improve the efficiency of calculation. However, the exact calculation method can more accurately reflect the fluctuation of radiation stress at each moment and each location.     

The influence of Stokes drift on oil spills: Sanchi oil spill case

Spilled oil floats and travels across the water’s surface under the influence of wind, currents, and wave action. Wave-induced Stokes drift is an important physical process that can affect surface water particles but that is currently absent from oil spill analyses. In this study, two methods are applied to determine the velocity of Stokes drift, the first calculates velocity from the wind-related formula based upon a one-dimensional frequency spectrum, while the second determines velocity directly from the wave model that was based on a two-dimensional spectrum. The experimental results of numerous models indicated that: (1) oil simulations that include the influence of Stokes drift are more accurate than that those do not; (2) for medium and long-term simulations longer than two days or more, Stokes drift is a significant factor that should not be ignored, and its magnitude can reach about 2% of the wind speed; (3) the velocity of Stokes drift is related to the wind but is not linear. Therefore, Stokes drift cannot simply be replaced or substituted by simply increasing the wind drift factor, which can cause errors in oil spill projections; (4) the Stokes drift velocity obtained from the two-dimensional wave spectrum makes the oil spill simulation more accurate.     

工程海域波浪特征分析方法比较

通过选取两个典型海外工程项目案例,分别采用波浪特征参数法和波浪谱法对工程海域波浪条件进行分析,并比较这两种方法在作业波浪条件、波浪特征认知程度上的差异,以及对海港水域平面布置产生的影响。对于波浪能量在频域及方向上存在多峰谱情况的海域,基于全谱的波浪特征参数系列数据有可能出现以下两种情况:1)主峰波向掩盖次峰波向;2)主峰波向错配次峰周期。对于上述两种情况,若仅采用波浪特征参数法对工程海域作业波浪条件进行分析,并指导海港水域平面布置,则极可能忽略或误判个别敏感波向、关键频域段的部分波浪能量,从而误导设计,为后续项目运营埋下隐患。对于以上情形,宜采用波浪谱法深入分析工程海域波浪能量在整个频域及各个方向上的详细分布及构成,并对关键波向、关键频域段的波浪能量进行量化,评估其对海港水域平面布置的影响,从而最大程度地避免由于波浪输入条件误判带来的风险。     

绿色海堤的沉积地貌与生态系统动力学原理: 研究综述*

绿色海堤是传统结构工程与海岸生态系统共同组合而成的新型海堤, 用以应对未来海面上升、风暴加剧给低地海岸防护带来的挑战。需解决的问题主要有海岸生态系统消浪过程及生态系统在海堤体系中的配置方式。理论分析、现场观测、物模数模所获结果表明, 海岸生态系统确有显著的消浪功能: 1) 陆架泥区消浪, 其机制以再悬浮和浮泥运动为主, 底部摩擦为次; 2) 潮滩下部的粉砂细砂滩底部摩擦和推移质运动共同造成波能耗散, 而上部的泥滩则以再悬浮和悬沙输运为主; 3) 在盐沼、红树林、海草床等由植被构成的生态系统, 植物通过形态阻力、茎秆运动来阻滞水流、耗散波能, 其效能高于沉积物床面对波能的耗散; 4) 生物礁主要有珊瑚礁和牡蛎礁, 其消能作用主要通过床面摩擦和波浪破碎, 效能较高, 尤其是在风暴期间。生态系统如何成为海堤的有机组成部分, 尤其是侵蚀型海岸的生态位修复和绿色海堤整体设计, 还需进一步研究相关的科学问题: 与硬质工程结合的盐沼-牡蛎礁的适应性生物学; 未来环境变化条件下生态系统的稳定性; 绿色海堤生态系统空间配置及其与风暴事件的时间尺度匹配; 基于均衡剖面理论的海堤形态优化。     

圆形数值波浪水池斜向和多向入射波浪模拟研究

为了研究斜向入射波浪,基于三维不可压缩两相流模型,开发了一套圆形数值波浪水池数值模型。在圆形波浪水池中,通过源项造波法成功生成了任意入射方向的波浪,并且利用人工摩擦项模拟阻尼区以数值耗散反射波浪。模型基于嵌入式多块网格体系,采用FVM法(finite volume method)离散Navier-Stokes方程,VOF法(volume of fluid)追踪自由水面。试验结果表明,斜向入射波浪的模拟结果与理论值基本一致,圆形波浪水池在模拟斜向入射波浪时,有效区域的面积较传统波浪水池显著增大,而且有效区域受波浪入射角度的影响也较小。同时,通过叠加多列斜向入射波浪,模拟出了多向交叉波列,并通过与理论结果对比,发现其具有较高的精度。