旅顺新港旅游休闲区波浪数值模拟研究

工程海域的波浪条件是港口规划设计中需要考虑的首要因素。针对旅顺新港旅游港区扩建预案,应用水动力学软件MIKE21的SW和BW数学模型对防波堤建设前后工程海域的波浪场进行数值模拟。根据工程区域水深及地形变化特点,采用远场大区域推算与近场小区域精细模拟相结合的方法,计算了拟建水工建筑物的设计波浪要素及港内波况。结果表明:工程受NW和NNW方向波浪影响较大,当重现期为50 a时,外护岸、防波堤和泊位处的有效波高分别为4.74 m、5.66 m和1.10 m;若在防波堤和外护岸西侧增加一条垂直于NW方向的潜堤,外护岸、防波堤和泊位处的有效波高分别降至3.43m、3.79 m和0.75 m。     

大连长兴岛北港区波浪条件数值模拟研究

利用国际通用的MM5风场模式和SWAN浪场模式,通过推算影响工程海域的台风和寒潮大风天气过程,得到工程海域-30 m等深线处不同重现期设计波要素,然后采用MIKE 21 NSW和BW波浪数学模型,对工程规划方案设计波要素和港内波况进行了计算。结果表明:工程受N向和NNE向风浪影响相对较大,外海波浪传播至防波堤处无明显衰减;设计高水位重现期50 a时防波堤处最大H1%约7.3 m;防波堤对港内围堰掩护较好,建成后港内波浪条件明显改善。     

复杂水域波浪物理模型与数学模型对比研究

基于MIKE21-BW模块,采用多种概化处理模型,研究了烟台港某工程港内波高分布和波浪传播状况。通过与物理模型进行对比,分析了各概化模型的优缺点,选择较优方案。结果表明:对于整个港池波高分布情况,各方案数学模型模拟结果和物理模型试验结果基本吻合,均能较好反映波高分布趋势及一些较复杂波浪传播变形现象。但其中存在多种波浪组合,同时包括波浪折射、反射、绕射、破碎、爬坡且反射波占主导地位的局部水域,数学模型模拟的波高数值都与物理模型结果相去甚远,说明MIKE21-BW仍不能很好模拟此类复杂波况水域。     

某拟建修造船厂工程波浪分析

依据秦皇岛海洋站34年实测资料统计分析出的不同重现期的波浪要素,针对某拟建修造船厂工程总平面布置方案,利用TK-2D波浪数学模型及MIKE21的BW方程波浪数学模型,对工程建成前后的波浪场进行模拟.确定了工程区域各等深线处的设计波要素,论证了船厂码头和不同的防波堤、进港航道平面方案布置对港内的泊稳条件、拟建码头前的波浪变形情况以及波浪变化对码头作业天数的影响.模型中考虑了波浪的折射、绕射、反射、底部损耗等因素,为工程设计提供依据.     

基于缓坡方程在岛礁地形上波浪破碎的模拟研究

波浪从深海传至近岸岛礁时,一般需要经过落差较大的礁坪边缘,水深急剧变化,导致波浪在传播过程中发生破碎,因此准确模拟波浪的破碎过程以及破碎后的波高大小,对于岛礁海岸工程建设具有重要的意义。缓坡方程是描述近岸波浪传播变形较好的数值模型之一,文章在采用自适应有限元求解缓坡方程所建立的数值计算模型的基础上,引入描述波浪破碎的模型,建立可以描述波浪破碎影响的近岸波浪数值模型。基于二维岛礁地形上的波浪实验,比较分析了4种不同的波浪破碎能量损失因子,给出了适合于岛礁地形条件下波浪传播破碎模拟的模型。     

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。     

盘锦某人工岛项目设计波要素数值模拟

针对盘锦某人工岛设计波要素的计算问题,采用MIKE21大范围波浪数学模型方法,在现状地形情况下,对工程实施前附近海域的波浪场进行模拟,计算了工程附近水域的重现期深水波要素和设计波要素。结果表明：1)外海波浪传播至工程区域时,工程位置主要受SW向及SSW向波浪作用。2)波高在-10 m等深线内变化相对较大,传播至工程区域波高衰减约50%左右。3)工程区域东西两侧为浅滩区域,波浪发生破碎,波高衰减明显。4)波浪主要沿深槽进入到工程护岸前沿,SSW向波浪的波高略大于SW向波浪。     

波浪对建筑物和海底的作用

综述第27届国际海岸工程会议（ICCE2000）上有关波浪对建筑物和海底作用以及造波技术的新进展,内容包括波浪爬高和越浪、防波堤设计、波浪力、建筑物附近的冲刷和造波技术等。     

强浪条件下半掩护港区波浪场数值模拟

以以色列南部新建Ashdod码头为工程背景,在分析港区自然条件的基础上,利用二维河口与海岸模拟软件MIKE21,建立了基础方案各个施工阶段港内泊稳模型。通过对不同施工阶段下半掩护港区波浪场进行数值模拟分析,掌握了港内波浪场的分布情况,确定港内正常施工时防波堤口门处的容许波浪要素。根据防波堤口门处的波浪统计资料,得到港区不同区域的最大作业波高标准以及港区不同区域不同施工阶段下全年不可作业的天数。研究结果为工期的合理安排和作业窗口的确定提供依据,并提出了科学合理的施工工序建议。     

利用数学模型进行港内长周期波浪风险分析

针对港内长周期波风险问题,使用MIKE 21 BW模型建立了港内波浪传播数学模型。模型的构建使用了白噪谱和天然波况作为入射波浪条件。基于白噪谱的模拟结果,使用数字滤波技术分析了港池固有共振周期,并给出了相应共振周期下的水面高程和能量密度分布;基于天然波况的模拟结果,提取了泊位处的波高时间序列,以30 s为界限,分离出了长周期波。以西非某港为例,探讨了港池的长波风险,模拟结果可作为港池布局的参考依据。     

糙渗系数不同的复合式斜坡堤波浪爬高计算

斜坡式海堤在正向规则波作用下的波浪爬高可按单一坡度进行计算,计算出累计频率为1%的爬高,在通过换算系数KF进行换算,得出不同累积频率的波浪爬高,从而确定斜坡堤堤顶高程。对带有平台的复合式斜坡堤的波浪爬高计算,可先确定该断面的折算坡度系数me,再按坡度系数为me的单坡断面确定其爬高。在实际工程中,带有平台的复合式斜坡堤上坡和下坡为不同护面结构,不同护面结构的糙渗系数不同,规范中公式不再适用,通过多种不同方式进行计算比对,得出较为合理的综合糙渗系数K?e进行波浪爬高计算,实现确定堤顶高程的目的。     

不规则波作用下波浪爬高计算方法

通过物理模型试验,研究了不规则波作用下光滑不透水单坡和复坡上的波浪爬高,分析了主要影响因素波陡、坡度、波浪入射角、平台宽度和高程对波浪爬高的影响规律,得到了海堤结构波浪爬高的计算公式及其不同累积率换算关系,并提出了多级平台海堤断面波浪爬高计算方法,可适用于复杂海堤断面的爬高计算,与40多个实际工程的模型试验结果对比,具有较好的计算精度,可供工程设计参考。     

不同形式护面块对斜坡式防波堤波浪爬高的影响

我国现行的几种规范关于波浪爬高的计算存在着诸多不足,特别是在长波条件下,提供的经验公式的适用条件比较局限,甚至未考虑长波因素,故其计算值与实际结果偏差很大,造成安全隐患。通过系列断面物理模型试验,研究斜坡堤上不同护面形式对不规则波浪爬高的影响规律,提出相关系数和经验计算公式,为水面开阔地区迎水面护面设计提供理论参考。     

风成波浪与堤岸相互作用的综述

洪水期湖区风成波浪对堤岸有巨大的破坏作用，湖区风成波浪与堤岸的相互作用机理的研究对于修建一个能抵御洪水和风浪共同作用的堤岸具有现实意义。本文主要对国内外学者关于风浪产生机理、风浪与堤岸相互作用引起的增减水、波浪爬高及越浪等进行了归纳和总结。     

不规则波作用下带挑檐直立堤爬高与越浪量试验

通过物理模型实验,对带挑檐直立堤在不规则波作用下的爬高和越浪量进行观测,分析墙顶超高、挑檐宽度以及波坦等影响因素。结果表明:直立堤波浪爬高主要与波高有关,周期影响不大;堤顶超高、挑檐宽度和波坦是直立堤越浪量的重要影响因素,但挑檐宽度对直立堤越浪量的影响程度与堤顶超高有关。根据试验结果,提出了直立堤波浪爬高和越浪量计算方法,为实际工程设计提供参考。     

波浪入射角度对立柱周围波面扰动特性的影响研究

基于N-S方程和连续性方程建立了三维数值波浪水池,并在该水池内对固定直立柱在不同浪向下的波浪爬升和绕射问题进行了数值模拟。为了验证数值计算的准确性,对立柱近壁面处的波浪爬升效应展开了模型试验研究,计算值与试验值吻合较好,证明了该方法的可行性。研究了入射角度的变化对立柱周围波浪爬升幅度和非线性特征的影响,同时从垂直浪向的投影面积和相对浪向的投影面形状这两个因素出发,探讨了不同浪向角下立柱周围的波浪叠加、波面放大率以及二次波峰效应,并对自由面漩涡生成特性进行了较为深入的机理性研究,可为今后进一步研究不同的入射角度下,复杂的海洋结构物周围的波浪非线性效应提供有价值的参考。     

不规则波作用下海堤越浪量试验研究

通过物理模型试验,研究不规则波作用下海堤越浪量,结果表明越浪量与爬高的影响因素基本相同,随各主要因素的变化规律也十分相似,采用波浪爬高和堤顶超高2个主要因子可较好反映越浪量的变化规律。提出了不规则波越浪量的计算公式,并根据越浪量对堤后不同防护情况下的冲刷破坏情况,提出了允许越浪量标准,为工程设计提供参考。     

用一种全非线性Boussinesq方程模拟斜坡上的波浪破碎和爬高

基于一种新的二阶全非线性Boussinesq方程,采用预测-校正格式的有限差分法对该方程进行离散,建立了数值模型.模型中通过“狭槽法“来处理波浪在岸线处的动边界条件,采用涡粘模型来模拟波浪破碎引起的能量耗散.为了验证数值模型的适用性,模拟了斜坡地形上的波浪破碎和爬高.从数值结果和试验结果的比较上看,该模型可以很好地模拟近岸波浪场的实际问题.     

人工块体替代垫层块石的数值试验研究

针对大垫层块石选料困难和抛填理坡施工难度大、较难控制施工质量及进度的问题,通过水工物理模型试验及数值模拟的手段,对人工块体替代垫层块石可行性进行了初步探究。基于水工试验结论,利用CAD与CFD相结合的方式,建立了符合真实海况的三维防波堤水动力数学模型,并通过波面方程和物理模型试验对其有效性进行了验证。数值试验给出了不同垫层形式对波浪爬高的影响,探讨了护面块体的受力和块体间隙的流场分布。结果表明人工块体作垫层有一定可行性。为进一步探究护面层失稳的动力特征提供了依据,对工程设计中人工块体代替垫层块石的可行性提供参考。     

海浪扰动信号的仿真方法

给出了一种新的以遭遇频率表示的海浪遭遇谱和遭遇波倾角谱的数学表达式，介绍了建立随机海浪模型的三种仿真方法，即频率等分法、能量等分法和有理谱法，并采用能量等分法进行了海浪模型的仿真和分析。它对于研究船舶装备、船舶行业机器人、海上作业平台和船舶的运动控制具有重要意义。