合田良实破波指标修正公式在SWAN模型中的应用

引入合田良实破波指标公式,并利用实验室和现场波浪破碎过程的波高观测数据和SWAN模拟结果对比,提出了合田公式中系数A与深水波陡的经验关系,建立了适宜SWAN模型应用的合田破波指标改进公式。实验室和现场应用表明,采用合田破波指标改进公式时,SWAN模型无需人为调整参数,可以较好地模拟近岸浅水区不规则波破碎的波高变化过程。与SWAN模型中已有破波指标公式相比,引入合田修正公式作为破波指标可以得到更为合理的波浪计算结果。     

SWAN波浪模型在黄河三角洲海域的应用

为了能够在我国的黄河三角洲海域更好地应用考虑绕射作用的最新版本40.51的SWAN(Stimulating Wave Nearshore)模型,将适用于我国海域特点的文氏谱加入到该模型中,并且利用大连理工大学港口、海岸及国家重点实验室所作的波浪在双突堤传播变形的实验数据以及没有考虑绕射作用的SWAN以前版本的模型在黄河三角洲的数值模拟结果分别进行了验证和分析。结果表明:该模型的数值结果与实验数据趋势基本吻合;在波影区,波高与以前的SWAN模型相比平均高出0.1～0.3 m不等。     

复杂地形条件下波浪爬坡数值模拟研究

波浪爬高是确定海堤、护岸等海岸工程顶高程的主要因素,不仅直接影响工程造价,更关系到工程的安全。目前,针对单一型缓坡以及坡度较陡的防波堤的研究较多,但兼顾各种复杂地形条件下的波浪爬坡还没有一种公认较好的计算模型。文中首次采用MIKE21一维BW模型,分别通过规则波和不规则波对波浪破碎以及波浪爬坡进行了数物模验证。结果表明,应用MIKE21一维BW模型不仅能模拟在缓坡上的波浪破碎及爬坡过程,也能模拟诸如防波堤等陡坡的波浪爬高现象。将该模型应用于海南昌江核电护岸工程,为其安全性设计提供了科学依据,同时也为复杂地形条件下的波浪爬坡问题提供了一种切实可行、易于推广的研究方法。     

斜向和多向不规则波作用于直墙堤上的波浪荷载

基于三维波浪物理模型实验研究的结果,参照国内外已有的研究成果,探讨了波浪斜向性和多向性对不规则波作用于直墙堤上波浪荷载的影响,表明波浪是否在堤前破碎其影响波浪荷载的规律是不同的.建议了斜向和多向不规则波作用于直墙堤上波浪荷栽的实用计算方法.     

斜向和多向不规则波作用于直墙堤上的波浪荷载

基于三维波浪物理模型实验研究的结果，参照国内外已有的研究成果，探讨了波浪斜向性和多向性对不规则波作用于直墙堤上波浪荷载的影响，表明波浪是否在堤前破碎其影响波浪荷载的规律是不同的。建议了斜向和多向不规则波作用于直墙堤上波浪荷载的实用计算方法。     

单桩波浪破碎荷载的数值模拟研究

基于开源程序Open FOAM建立了三维波浪破碎数值模型,模型控制方程采用三维不可压缩粘性流体运动RANS方程,应用VOF方法捕捉自由表面,分别运用动量分布源方法、阻尼消波方法实现数值造波和消波,紊流模型选用RNG k-ε模型。利用所建立的三维波浪破碎数值模型模拟了破碎波对单桩结构物的作用力,并与物理模型实验数据进行对比分析。结果证明该模型可以较好地模拟近岸单桩结构物所受破碎波浪荷载。     

陡波和碎波发生概率的数值模拟方法

在分析船舶在波浪中的动力学及波浪诱导的载荷时,应该重视海洋波浪模拟的重要性。线性波浪理论已成功地应用于许多船舶耐波性研究,但还有许多耐波性问题有待于对波浪运动学作深入研究,例如由于陡波或碎波对船首的砰击力,陡波中的横甩及波浪中滑行艇的运动等。本文提出了一种模拟非线性不规则波的数值方法。通过引入合理的边界条件,陡波运动可以用一个简单的边界积分公式描述且易于数据计算。应用“峰高加速度阈值方法”,可先确定短期海况中碎波发生概率及陡波的时间序列。这样,在一个特定的时间间隔内,可以在时域内模拟波浪运动,从而分析在一个短期海况中不规则陡波的发生概率和严重程度。     

《三维破碎波波浪数学模型研究与应用》达到国际先进水平

2006年12月26日交通部科教司在天津主持召开了交通部应用基础项目《三维破碎波波浪数学模型研究与应用》成果鉴定会。鉴定专家委员会的鉴定意见认为：由交通部天津水运工程科学研究所完成的该项研究成果具有创新性，总体上达到国际先进水平。该项目主要研究成果和创新点为：（1）提出了三维破碎波浪与任意形状建筑物相互作用的基本理论，采用交错网格技术、两步映射法、部分单元法和曲面组合法等数值计算技术和方法，成功地建立了三维破碎波浪数学模型。（2）提出了二相流概念在波浪模拟中Heaviside函数的新形式。采用该方法计算的压力分布场满足理论分布，保证了在波浪运动模拟中能得到精确的压力值，避免数值震荡、确保计算结果的精确可靠，具有创新意义。（3）模型建立了在二相流概念下的小振幅波、斯托克斯波、椭圆余弦波、孤立波和线性不规则波的造波方法；并采用相应波浪理论进行了验证。采用水体在方箱中震荡和波浪与大直径圆筒作用的理论解及波浪越潜堤的试验结果分别对模型进行了验证，结果表明模型有很好的质量和能量守恒性；模拟的波浪与理论解相当吻合，该模型能够很好地反映波浪的反射、绕射和非线性变形等特性。（4）采用卷破波和崩破波与直立圆筒作用的两组物理模型试验对该模型破碎波情况进行验证，分析了破碎波与直立圆筒作用的压力分布和流场分布，数值模拟和物理模型的波高分布和压力分布基本一致。进一步证明了模型的科学性和合理性，并为工程应用奠定了可靠的基础。     

威海船厂港域泊稳试验研究与数值模拟

针对威海船厂搬迁工程进行了港域波高物理模型试验研究。试验表明在2 a一遇波浪条件下大多数泊位满足泊稳要求,个别泊位不满足要求但相差不大。采用MIKE21-BW模型,考虑波浪的反射、绕射、破碎等物理现象建立近岸波浪数学模型,对港域单向不规则波传播变形过程进行数值模拟,将数值计算结果与试验结果进行比较。二者在港池外有效波高最大差值为0.29 m,港池内最大差值为0.1 m,吻合度较高,表明BW模型可用于威海船厂近岸波浪传播变形与泊稳计算。     

SWAN与CGWAVE嵌套模型在设计波要素计算中的联合应用

以舟山东福山岛码头为例,利用SWAN与CGWAVE建立的大、小范围波浪嵌套模型对码头附近海域进行波浪计算,经验证表明大范围计算结果准确性较好,从中提取-50 m等深线处波要素作为小范围边界条件,利用CGWAVE模型对码头附近海区进行小范围波浪计算,并提取码头前沿波要素并进行分析。研究结果表明SWAN与CGWAVE模型的联合应用在东福山岛码头设计波浪计算中具有良好的适应性,为港口工程的设计、建设提供了科学依据和理论借鉴。     

SWAN在台湾海峡台风浪场数值模拟中的应用研究

简要介绍了波浪模式的发展及应用较为广泛的几种第三代能量谱海浪模式的特点。为了研究台湾海峡台风浪场的分布特征,以0903号"莲花"台风为例,选取第三代能量谱海浪模式SWAN,充分考虑底摩擦、风、白浪破碎、波波非线性相互作用、波浪浅化效应等物理过程,模拟了该海域的台风浪场的分布特征。将模拟结果与实测波浪、风资料对比分析,结果表明风速、有效波高计算值与实际值符合性较好,SWAN模式在海域的适应性良好。     

近岸波浪变形数值模型的比较研究

外海深水区的波浪传播到近岸浅水区时,受到岛屿、地形与建筑物等影响,发生折射、绕射、反射和破碎等一系列变形。准确计算近岸与港内波浪分布,成为港口与海岸工程研究的重要课题。文章在总结波浪数值模拟发展现状的基础上,对目前常用的基于椭圆型缓坡方程的CGWAVE模型、基于Boussinesq方程的MIKE21-BW模型和基于动谱平衡方程的SWAN模型进行了比较研究。     

南海北部湾台风浪数值模拟方法研究

对第三代近岸海浪数值模式SWAN控制方程进行简要介绍,并利用由藤田和高桥公式相互嵌套的方法提供了台风风场,用SWAN模式采用大小模型范围嵌套的方式对影响南海北部湾海域的8303号台风浪过程进行了模拟验证,并利用该模式预报了该海域在不同台风作用下的台风浪过程.结果表明,模拟结果与实际海浪观测资料吻合较好,计算预报结果可以为该海域台风浪防灾等提供较为重要的参考.     

里海南部海岸在极浅水中的波谱建模研究（英文）

This study evaluates the capability of the Simulating WAves Nearshore(SWAN) wave model(version 41.01) in predicting significant wave height and spectral peak energy content for swell waves in very shallow water of surf zone during depth-induced wave breaking and dissipation. The model results were compared with field measurements at five nearshore stations. The results demonstrated that some breaker index formulations were successful for significant wave height prediction in surf zones.However, an incorrect shape of the energy spectrum and overestimated near spectral peak energy content at shallow water stations were obtained using all of the embedded depth-induced wave breaking formulations in SWAN. The dependent breaker index on relative depth(Kpd) formulation, which was successful in predicting near spectral peak energy content, resulted in an average error of 30%. Finally, this formulation was modified to enhance the model performance in reproducing the spectral peak energy content.     

江苏如东附近海域风浪场的数值模拟

介绍国际上较为先进的第3代近岸波浪数学模型SWAN模型。先选用水下圆形浅滩试验对模型进行验证计算，再对江苏如东附近海域在定常风和“9711”号台风作用下的波浪场进行了模拟，通过与现场测量结果的比较，表明SWAN模型可以较合理地反映江苏如东附近海域在定常风和“9711”号台风作用下风浪的成长和传播过程。     

波生近岸流的数学模型研究

在理论上和数值技术上对已有的基于辐射应力理论的波生近岸流数学模型进行了改进,(1)使用考虑非线性作用的多向不规则波联合折射绕射数学模型确定波浪场,以期波场计算更加准确;(2)根据Dally等的研究成果,在波生流运动方程中加入破波切应力作用项,在辐射应力公式中加入了卷破波和波动Stokes漂流(Stokes drift)造成的向岸质量通量项,以期在破碎带内运动方程和辐射应力更为合理;(3)建立了基于两种网格的两套数学模型,即三角形网格有限差分数学模型和矩形网格有限差分数学模型,基于这两种网格的数学模型能满足近岸波生流场的模拟需要。就一模型海区对该文的模型进行了应用。     

单向不规则波群的实验室模拟和分析

文章基于改进的波包谱经验公式,建议了单向不规则波群的数值模拟方法,模拟实例表明,只要给定波要素及描述波浪群性的高度特征参数和长度特征参数,即可通过此波包谱方便地模拟出同时满足给定高度和长度两方面群性特征要求的不规则波群.在此基础上,给出了在水槽指定位置处产生不规则波群的造波板控制信号计算方法,在实验室成功地模拟了同时满...     

Spectral Wave Modeling in Very Shallow Water at Southern Coast of Caspian Sea

This study evaluates the capability of the Simulating WAves Nearshore (SWAN) wave model (version 41.01) in predicting significant wave height and spectral peak energy content for swell waves in very shallow water of surf zone during depth-induced wave breaking and dissipation. The model results were compared with field measurements at five nearshore stations. The results demonstrated that some breaker index formulations were successful for significant wave height prediction in surf zones. However, an incorrect shape of the energy spectrum and overestimated near spectral peak energy content at shallow water stations were obtained using all of the embedded depth-induced wave breaking formulations in SWAN. The dependent breaker index on relative depth (K_pd) formulation, which was successful in predicting near spectral peak energy content, resulted in an average error of 30%. Finally, this formulation was modified to enhance the model performance in reproducing the spectral peak energy content.     

江苏沿海实测波浪谱在SWAN中的应用

采用CCMP提供的寒潮大风天气风场数据,分别运用实测波浪谱和JONSWAP谱的SWAN模型对江苏沿海北部波浪场进行模拟,发现采用实测谱的计算结果与实测值更接近,模拟出的波高随时间变化过程更吻合。应用实测谱对工程区域进行波浪场推算,得到了合理的结果。     

基于台风浪后报模型的外海重现期波浪要素分析

选用Jelesnianski(1965)热带气旋经验风场模式模拟台风场,采用基于动谱平衡方程的SWAN模型模拟台风浪,对1951—2010年我国东南沿海可能产生较大影响的台风浪进行了推算。在良好的风、浪验证基础上,基于台风浪数值后报结果,将波高数据进行回归分析,通过对广东沿海外海波要素计算结果与实测资料对比,结果表明两者吻合良好,可为海区内工程提供较好的参考。