基于Delft3D的离岸堤附近波浪与波生流数值模拟

基于Delft3D三维波流耦合模型,模拟了仅波浪作用下出水离岸堤附近的波浪与波生流,与物模试验资料进行了对比,结果表明,Delft3D波流耦合模型能较好模拟波浪在近岸区域的浅水变形、折射、绕射、破碎等物理现象,波高、波生流沿断面的分布与试验结果吻合良好,验证了该模型在波浪传播变形、波生流模拟的可靠性;研究了不同入射角度与不同波高时离岸堤附近波生流的形态,研究表明入射角度增大,沿岸流也随之增大,离岸堤后方环流逐渐向波浪入射方向的下游移动,不同的入射波高条件下,离岸堤附近流态并没有太大变化,波高增大主要引起流速增大。     

缓坡海岸平均沿岸流实验研究与数值模拟

沿岸流研究对海岸工程具有重要的应用价值。为了更深入地研究沿岸流特征,文章对1∶100和1∶40两个较缓坡条件下的沿岸流进行了实验研究,弥补了现有实验研究主要针对较陡坡情况,不具有代表性的弊端,并通过数值模拟进一步阐述了缓坡情况下的平均沿岸流不同于陡坡情况下的物理机理。主要特色与创新有：第一、通过物理模型实验研究发现了1∶100坡度地形条件下存在不同于1∶40坡度情况下的平均沿岸流速度分布特征：前者海岸一侧平均沿岸流分布呈下凹趋势,而后者呈上凸的趋势。第二、通过平均沿岸流数值模型对1∶100和1∶40缓坡沿岸流的不同特征进行数值模拟,找出了影响平均沿岸流速度剖面特征的主要因素为破波带内波高分布和水底摩擦力表达式的选取不同,且对后者更为敏感。1∶100坡度海岸沿岸流速度剖面可由水流型水底摩擦力来计算出,而1∶40坡度海岸沿岸流速度剖面可由波浪型水底摩擦力来计算出。第三、在此基础上进一步给出了缓坡情况下二次破碎波高和波浪增减水的分布特征。     

沙质海岸破波带内底部离岸流及沙坝迁移数值模拟研究

建立了破波带内三维水动力泥沙数学模型体系,模型中同时考虑了波浪、波生底部离岸流、非粘性泥沙运动及地貌演变等动力机制。通过波浪水槽实验实测水、沙及地形数据验证,所建模式可有效模拟破波带内底部离岸流、泥沙运动过程及离岸沙坝的随时间迁移规律。模拟成果表明波浪破碎后引起的波生流系在破波带内形成一个时均垂向环流结构,其中底部时均流向指向外海,表层则指向近岸,靠近破波点处,底部离岸流的流速逐渐降低。在时均垂向环流体系的输送下,破波带内被波浪掀起的床面泥沙在底部离岸流作用下持续向外海输送,并在破波点附近堆积形成沙坝。沙坝的形成改变了局部波流场结构,在波浪的持续作用下逐渐向外海运移直至剖面达到基本平衡。     

波浪动力对开敞淤泥质海岸深水航道边坡稳定性的影响

开敞淤泥质海岸深水航道边坡的稳定性关系到航道的基建及维护费用,是航道工程设计中最重要的问题之一。以连云港港徐圩港区10万吨级航道为研究对象,采用在连云港海域应用较为成熟的波浪数学模型推算的波要素成果,研究中浪、大浪对徐圩10万吨级航道边坡稳定性的影响,并利用边坡实测地形资料进行分析。结果表明,从波浪动力的角度来看,徐圩10万吨级航道设计边坡的坡度取值是合理的,本海域的波浪动力不会对航道边坡的稳定性造成不利影响。     

X波段雷达观测暴风雨天气折射波浪场研究

X波段雷达可用于观测折射波浪场并捕获如波峰等海面特征.该X波段雷达安装在面向太平洋且呈直线的海岸上,以小时为单位收集大约5公里长的海岸表面数据.本文对2005年7月26日台风BANYAN发生中的9个小时的折射波浪场进行分析,通过傅里叶变换过滤图像得到各方向的波数,并计算出了波向,水深和沿岸流速.该研究为理解沿岸流的特性...     

董家口港海域涌浪传播对船舶航行的影响*

涌浪会增加进出港船舶操纵难度和航行风险,研究港域波浪尤其是涌浪的传播对船舶操纵有重要意义。基于非结构三角网格构建波流耦合数学模型,研究董家口港海域涌浪传播特性及波生流产生的规律。结果表明：涌浪从外海传至董家口港附近有效波高衰减过半,且波高初始值越大,衰减越剧烈;ESE方向的涌浪更难衰减,这是大浪多发生在该方向的原因;涌浪波高越大波生流越大,低潮时波生流大于高潮时;船舶工作区内波生流一般在0.1 m/s以内,为潮流最大流速的5%~7%;董家口港区的涌浪主要通过波浪对船体的直接作用影响船舶运动,波生流对船舶的作用较小,一般可忽略不计。     

Boussinesq方程在工程建成后波浪增水及近岸流变化研究中的应用

本文从完全非线性的Boussinesq方程出发,首先,对Kirby等(1998)建立的基于高阶非线性Boussinesq方程的数学模型进行测试验证,验证结果表明由Boussinesq方程建立的非线性波模型具有较高的精度,可有效模拟近岸波浪变形及破碎过程。然后将该模型应用于实际工程,模拟工程前后的波浪变化过程,模型很好的反应了波浪传播过程中的反射、折射、绕射、破碎、波生流以及增减水现象,最后,对工程前后模型结果进行对比分析,反应出实际工程导致增水和沿岸流的显著变化。而目前工程设计中设计水位没有考虑工程建成后设计水位的变化,这会对海工建筑物及保护区造成致命性的破坏。因此工程设计水位需考虑工程建成后设计水位的变化。     

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。     

规则波作用下淤泥质泥沙起动试验研究

选取浙江舟山近岸淤泥质泥沙为研究对象,采用规则波对淤泥质泥沙的起动进行水槽试验研究。结果表明,淤泥质泥沙具有薄层轻微悬扬、表层个体剥离、泥团卷起悬扬3种典型的起动状态,同一水深下的泥沙起动波高随波周期的增大而递减。以泥团卷起悬扬状态作为判断淤泥质泥沙起动的标准,佐藤公式、窦国仁公式计算的起动波高均与本文试验值总体上接近,可将两家公式计算结果的平均值用于淤泥质泥沙起动波高的估算。泥团卷起悬扬状态下过程最大含沙量往往在0.8～2.0 kg/m~3,过程最大含沙量随临界切应力增大而呈现明显的指数递增关系。研究成果便于深入了解淤泥质海岸地区泥沙在波浪环境下的水力特性,同时可为海岸泥沙数模计算及工程分析的参数选取提供参考。     

坡度对波浪统计特征的影响

为了明确坡度对不同波浪统计特征的影响,利用数值模型对波浪在不同坡度斜坡上的传播进行模拟,分析波浪的非线性参数和波高分布等,比较不同坡度下波浪的传播特性。结果表明,在相同条件下,随着波浪在斜坡地形上传播,波高会随着水深的变浅逐渐增大;坡度对于波浪的波高分布具有较大影响,当坡度较大时,波浪传播至斜坡较浅水深时的波高分布接近瑞利分布,当坡度逐渐减小时,相同波高的发生概率逐渐减小;而Ursell参数则不会随着坡度的变化有明显的变化。     

规则波作用下沙质海岸岸滩演变规律三维试验研究

为探究长时间序列斜向规则波作用下平直沙质岸滩演变基本规律,在波浪港池中开展三维波浪泥沙物理模型试验.试验结果表明:在上游无沙源补充的情况下,沙滩将形成不平衡沿岸输沙海岸和平衡沿岸输沙海岸.不平衡沿岸输沙海岸地形等深线分布不均匀,形态不顺直,近岸岸滩发生侵蚀,离岸处泥沙沉积,岸滩剖面坡度在近岸较陡,岸滩中部较缓,离岸处变...     

较陡坡试验平均沿岸流速度分布拟合

平均沿岸流分布对海岸流量和泥沙输移有重要影响。为了更深刻地研究平均沿岸流的分布特征,尤其是较陡坡条件下不同于缓坡情况下的分布特征,在1∶40较陡坡度平均沿岸流试验的基础上,探寻不同于Allen分布、适合较陡坡情况下的平均沿岸流分布拟合曲线。结果表明,通过自定义分段函数和约束条件可以较好地拟合较陡坡情况下的平均沿岸流海岸一侧呈上凸趋势的分布特征。     

《海岸河口工程研究论丛》第一期10部著作出版发行

<正>本刊从交通运输部天津水运工程科学研究院获悉,由交通运输部天津水运工程科学研究院科技人员撰写的《海岸河口工程研究论丛》第一期10部著作已由人民交通出版社出版发行。10部著作为:《粉沙质海岸泥沙运动及航道淤积机理》、《波流耦合下淤泥质海岸水沙运动三维模拟》、《基于薛定谔方程的非线性波浪传播理论》、《港航工程泥沙淤积计算手册》、《海岸河口数学模型》、《辐射沙洲建港技术研究》、《粉沙质海岸     

海南岛西南海域泥沙特征及地形演变

基于水文泥沙测验及遥感影像资料分析海南岛西南海域泥沙特征,采用不同沿岸输沙公式对比计算海域的波浪沿岸输沙量,采用多年实测地形数据研究岸滩的演变规律。结果表明:海域内含沙量大潮大于小潮,但总体上悬沙含量较低;研究海域内径流对输沙影响较为有限,但受沿岸波流输沙的影响相对较大;而海区的悬移质颗粒比较均匀,颗粒较细;沿岸段波浪沿岸输沙能力净输沙方向均为自南向北,年净输沙能力在6.72万~13.31万m~3;岸滩演变的主要动力是波浪、波生沿岸流和潮流共同作用导致东方市所辖岸线的变化总体以自然冲淤变化为主,但冲淤强度有限,变化幅度不大。     

波浪作用下人工沙滩剖面横向输沙试验研究

随着在滩涂之上建设人工沙滩的举措逐渐增多,人工沙滩剖面横向输沙研究有非常重要的现实意义。在与海岸动力相互适应的原岸滩上建造人工沙滩是较为复杂的问题,并且实际工程中的人工沙滩还受到工程措施的影响,剖面形态较难预测。在原海滩上建造人工沙滩较复杂,它适应了海岸的力量;实际工程中的新滩受工程测量的影响,因此其剖面形状难以预测。针对这个问题,采用物理模型试验的方法,针对受挡沙坝及护岸限制的人工沙滩剖面在不同水位及波浪条件下的形态变化进行试验研究,并应用工程中常用的平衡剖面模型对相对稳定的剖面进行计算比较,得出了形成稳定的剖面形态所需要的条件。试验结果验证了初始岸滩坡度1∶15的适用性,得出了当波浪受结构物影响较小时可以形成均衡沙滩剖面的结论。     

淤泥质海岸波致液化及航道骤淤问题初步研究

研究波浪与淤泥海床相互作用导致的海床液化、体积冲刷和高浓度近底悬沙的层移输运问题。采用de Wit提出的液化判别条件及计算方法,结合连云港近岸波浪和淤泥力学特征,计算不同来波条件下淤泥质海床的液化深度;进一步考虑浑水中含沙量对流速的折减影响,计算液化层运移速度分布。计算结果表明,大浪条件下,淤泥质海床可能有较大的液化深度,但层移厚度不大。由于层移含沙量较高,在近底水流驱动下仍能形成较大的输沙率和一定规模的大风天航道骤淤。有关研究成果为海床稳定性分析和输沙计算提供了新的思路和方法。     

滨海沙滩冲淤稳定性的数值模拟研究

近几年海洋风暴活动频繁,伴随着人类不合理的海岸工程造成的影响,部分海岸沙滩侵蚀严重,研究海岸沙滩侵蚀机制成为当前海岸工程科学的前沿性问题。本文以日照万平口沙滩为研究对象,根据实测水深地形数据及相关水文气象资料,搭建研究海域处纯潮流作用、波生流作用、单向波流耦合作用、双向波流耦合作用下的泥沙冲淤数值模型,研究不同水动力环境对近岸沙滩稳定性的影响,得出近岸海域受潮流和波浪的共同作用产生泥沙输移。     

波-流联合作用下冰山漂移运动特性研究

为了研究冰山在波-流联合作用下的漂移运动特性，基于计算流体力学，利用有限体积法和重叠网格技术，模拟单个三维刚性浮冰山运动。对网格进行收敛性分析，验证了造波方法的准确性。通过改变波浪周期、流速以及冰山的形状和尺寸，探究了波-流联合作用对冰山漂移运动的影响。计算结果表明，流速与波浪周期对冰山漂移速度的影响明显，流速越大，冰山漂移速度越大。而随着波浪周期增大，冰山漂移速度减小。但当波浪周期增加到一定程度时，便不再影响冰山漂移速度。此外，在冰山尺寸均小于波长的情况下，冰山尺寸对冰山漂移运动影响较小。而在相同工况下，冰山形状对冰山漂移有显著影响，立方体形状冰山的漂移速度最大，圆柱体形状次之，球体形状最小。     

连云港海域粉沙质和淤泥质海岸泥沙运动数值模拟研究

连云港埒子口—灌河口海域为淤泥质向粉沙质海岸的过渡带,水沙运动复杂。在考虑淤泥质和粉沙质泥沙特性的基础上,构建泥沙数学模型,可以在一个模型内同时模拟两种不同性质泥沙运动,验证结果令人满意;同时,利用所建立的泥沙数学模型还可以计算悬沙的沉速场,据此分析埒子口—灌河口过渡带的泥沙运动特征和影响因素。     

基于Fluent的二维数值平面造波

使用Fluent软件,结合VOF(VolumeofFluid)方法、N-S方程和RNG流模型,通过对C语言的二次开发,进行了二维数值波浪水槽的模拟。通过与理论结果的比对验证,验证了本文对于椭圆余弦波和Stokes波造波的可行性。