舟山群岛海域潮波传播变形和不对称性探讨

舟山海域属于多岛屿海域,潮波受岛屿地形条件影响复杂。根据舟山海域4个潮位站2017年一个月实测逐时潮位以及7个临时测站的大潮、小潮短期逐时潮位资料,采用调和分析及偏度指标计算法,确定了舟山本岛至穿山半岛之间海域的分潮特征及潮汐不对称变化;通过分析浅水潮波方程中的各非线性项,确定了舟山海域浅水分潮产生的主要动力机制;评估了不同频率分潮组合产生的潮汐不对称性贡献值。研究表明,潮波方程中非线性摩擦项是舟山群岛海域浅水分潮变化和潮波变形的主要动力来源;明确了该海域潮汐以M_2和S_2天文半日潮主导,浅水分潮以M_4、MS_4分潮为主但潮幅较小,潮波传播过程中耗散潮波能量同时,潮能存在由低频分潮向高频分潮转移,呈现低频天文分潮潮幅沿程减小,高频浅水分潮潮幅增加;潮汐不对称性表现为涨潮占优,大潮期不对称性较小潮期明显,天文半日分潮M_2、S_2与浅水分潮MS_4、M_4组合是潮汐不对称性的最大贡献者。     

潮流数值模拟中透空式防波堤处理方法研究

透空式防波堤利用上部结构的挡浪板实现挡浪消波,为港区提供良好的泊稳条件,桩基和挡浪板部分入水会改变建筑物局部水域的水动力特性。在有透空式防波堤的海域进行二维潮流数值模拟时,分别利用了等流量法和等效阻力法对挡浪板进行概化,将挡浪板对水流的阻碍作用等效为通过改变地形和当量糙率来模拟对水流的影响;研究分析了透空式防波堤概化处理后,挡浪板对周围水域的水动力特性的影响。结果表明两种方法均能模拟出挡浪板的阻水效果,其中等效阻力法物理概念清晰,模拟结果更符合实际规律。     

基于OpenFOAM近岸沙纹床面水动力数值模拟

基于OpenFOAM平台,引入k-ε湍流模型对Navier-Stokes方程进行封闭求解,使用VOF方法追踪自由液面,建立三维数值水槽模型,研究波浪作用下的沙纹床面水动力特性。结果表明,波周期内涡旋结构产生于沙纹背水坡,并逐渐抬升至沙纹峰以上,继而向上游移动,上溯至最远距离后,在下一个波周期影响下转向下游移动直至完全耗散;床面剪切力集中分布在沙纹峰和背水坡处,迎水坡的剪切力波动频率更为剧烈,表明可能存在小尺度涡体,而小涡体的脱落扩散促进了背水坡大尺度涡旋结构的发展;当波浪波高改变时,床面剪切力整体趋势没有明显改变,而大小会随之产生线性变化。     

基于FLUENT的垂向二维数值波浪水槽的造波效果

建立精准的数值波浪水槽需要选取合适的造波方法、波浪方程和网格尺寸。利用FLUENT流体力学模型,采用源项法、推板法、速度边界法3种造波方法,分别建立不同网格尺寸和波陡条件下的数值波浪水槽。结合相应的波浪理论,比较采用各造波法的数值一阶线性波和二阶Stokes波、三阶Stokes波效果,得出数值波传播特点、适宜网格尺度及波陡对数值波效果影响。结果表明,源项造波法造波的波高沿水槽衰减最快,对网格尺寸变化最敏感;推板造波法数值造波效果最好;速度边界造波法计算效率最高,数值波高沿水槽衰减速度最小;在数值水槽的波浪传播有非线性作用影响,导致即使造波是线性波,传播到一定距离后,波面也有非线性变形。     

航道清礁对西江鱼类保护区紊流体的影响

河底裸露的礁石增加水体紊动,有助于鱼卵正常形成,大量存在礁石的河段往往是鱼类栖息和产卵的重要场所。礁石也存在碍航的可能,航道清礁一定程度上影响水体紊动强度,改变鱼类栖息环境。为此,在重要鱼类栖息河段进行航道清礁需充分论证。以紊动动能作为评价水体紊动强度指标,开展西江中游珍稀鱼类保护区河段三维紊流数值模拟,计算并统计航道清礁工程前后水体紊动动能及不同强度的紊流水体体积,分析其变化规律及原因。研究结果表明,断面中紊动动能强度与水深成正相关关系;清礁工程导致河段中弱紊动动能的紊流水体体积增加,强紊动动能的紊流体积减小;底层水体紊动动能的变化量高于表层;强紊动动能水体体积减少的变化率大于弱紊动动能水体体积增加的变化率。     

密排桩式堤波浪透射系数数值研究*

采用VOF（流体体积函数）方法进行液面捕捉,通过推板造波法模拟波浪产生,建立数值波浪水槽,研究密排桩式堤波浪透射系数与各影响因素关系,分析桩径、桩间净距、透空率、相对干舷高度、波陡等因素对波浪透射系数的影响,并结合数值模拟和物理模型试验结果建立密排桩式堤波浪透射系数计算公式。结果表明,密排桩式堤波浪透射系数随桩径增加先快速后缓慢减小,随桩间净距和透空率增加先快速后缓慢增大;干舷淹没情况下,透射系数随淹没程度的增大而增大并趋于平稳,非淹没状态下,透射系数随干舷距离水面高差的增大先增后趋稳;波陡对波浪透射系数没有显著影响。     

不规则波作用下码头结构对波浪上托力的影响

通过模型试验，对开缝板、开孔板、桩帽及靠船构件、桩基等不同码头结构的面板上波浪上托力的影响进行研究。试验结果表明，不规则波作用下面板开缝结构对波浪上托力有一定影响，开缝比较大时能相应地减小波浪力；桩帽及靠船构件的存在使得超高比较大，波浪难以冲击到面板上时，波浪上托力仍然能保持相当大的值；而面板上开孔结构、码头桩基对波浪上托力没有明确的影响。据此结果，对工程设计提出相应建议。     

西江四滩河段近10年河床变形与成因分析*

基于2004—2014年西江四滩河段10年实测地形资料,采用Kring插值方法及数理统计的方法,分析该河段近10年的演变,阐明其冲淤变化特征;分析上游来水沙变化和航道整治工程对河道演变影响。研究表明：2004—2014年,四滩河段河床整体处于冲刷下切态势,2007—2013年是冲刷剧烈期;分析认为,导致2004—2014年河床总体下切的主要原因是建库蓄水拦砂为主因的上游年平均含沙量和年输沙量持续大幅度的减少;长洲枢纽2007年起拦砂泄清及航道整治工程是研究河段整治线范围内河槽2007—2013年冲刷剧烈的主要原因;河床下切导致四滩河段最低通航保证流量下水位下降明显,但航道水深有所增加。