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。     

粤东后江湾近岸波浪场数值模拟

利用缓坡方程对粤东后江湾近岸波浪场进行了模拟。结果表明后江湾波浪主要在岸线附近发生变形。近岸岛礁对后江湾波浪传播有重要的影响。底摩擦耗能作用因波浪入射方向而异,ESE、E向入射波因底摩擦耗能少,近岸易产成大浪。     

海龙湾波浪场整体数学模型研究

为了深入研究海龙湾港区的波浪情况,建立了海龙湾波浪场整体数学模型,对港区内外波浪场进行分析研究。利用扩展抛物型缓坡方程完成由外海到港区口门的波浪推演,模拟波浪由外海向近岸港区的传播过程。再利用椭圆型缓坡方程,模拟港区内的波浪分布情况。研究结果表明:推荐设计方案的港区防波堤对主波向的波浪做到很好的掩护,相较比选方案来说港内波浪条件更好,等值线图表明设计推荐方案是合理可行的。总体说来,该模型对海龙湾波浪场的数值模拟是有效的,为工程实际提供了科学合理的参考。     

自适应网格下的近岸波浪缓坡方程数值模型

在近岸变水深缓坡海域,充分考虑到波浪传播过程中的折射、绕射、反射以及波浪破碎等效应,采用引入破碎项的椭圆型缓坡方程,基于自适应四叉树网格建立了近岸波浪缓坡方程的数值模型,数值模型采用有限体积法求解。该网格可根据计算节点处波长与网格尺寸间的关系自动判定是否进行网格加密划分,使之适应椭圆型缓坡方程每个波长范围内至少布置8个计算节点的特征,提高计算精度的同时又能提高计算效率。采用已有的物理模型试验和实测资料对数值模型进行了验证。结果表明,该模型可以有效地模拟近岸变水深缓坡海域波浪传播。     

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。     

Boussinesq方程波浪数学模型的应用

<正>1 前言 波浪运动相当复杂,波浪受地形和水工建筑物的影响,产生浅水变形、折射、绕射、反射等现象,准确模拟有相当的难度,因而波浪数学模型是水动力数学模型中难度较大的数学模型. 波浪数学模型的研究开始于60年代,法国的Biesel最早提出采用积分方程的波浪数学模型,70年代,荷兰的Berkhoff提出了缓坡方程波浪数学模型,丹麦的Abbott提出了Boussinesq方程波浪数学模型,缓坡方程和Boussinesq方程的提出,是波浪数学模型的发展的重要里程碑.80年代以来,欧美和日本学者在缓坡方程和Boussinesq方程的基础上,对波浪数学模型进行完善和发展,将这些模型用于研究不规则波的传播,并考虑波浪的非线性影响、底摩损耗以及波浪与水流的相互作用等,波浪数学模型作为波浪运动研究的新方法与水工物理模型相互补充成为海岸工程波浪问题研究的有力工具. 我们对波浪数学模型的研究分两个阶段进行,1996～1997年初为研究的第一阶段,该阶段参考丹麦水工所Abbott、Mc Cowan和Madsen等人1990年前的所有公开发表的论文,全面了解经典波浪数学模型的发展过程.对经典波浪数学模型的基本原理、高精度差分方法和消波边界处理等问题有了深入的认识.1997年初完成了经典波浪数学模型的建立与     

抛物线形缓坡方程波浪数学模型研究

抛物线形缓坡方程波浪数学模型是进行大范围波浪计算的有效方法.采用Bretchneider-Reid公式并考虑模型中的摩擦损耗,验证结果良好并可用于实际工程。     

波流耦合作用的缓坡方程数学模型研究

依据Kirby和Dalrymple提出的既适用于浅水又适用于深水的波浪非线性弥散关系，建立一种包含折、绕射，浅水变形以及破碎的波流联合作用的缓坡方程模式，有效地解决波浪与流速的耦合作用。通过Berkhoff经典实验检验了该模式的正确性，得出了令人信服的结果，并将该模式应用到一裂流模型。本模式可用于模拟任意不规则海底的波流耦合作用场，并可考虑近岸波浪浅水变形、折射、绕射和能量耗散的影响。     

钦州湾波浪条件数值模拟研究

通过三娘湾海洋站风浪资料得出外海波要素,应用风区推算、抛物型缓坡方程、Boussinesq方程建立数学模型,对钦州湾港区波浪条件进行模拟计算,得出钦州湾波浪的波浪场状况。     

威海船厂港域波高数值计算*

应用能量平衡方程研究近岸随机波的传播变形是一种简单而实用的方法,其在海洋学以及海岸动力学中得到了广泛的应用。采用考虑绕射作用的能量平衡方程作为计算随机波浪传播变形的控制方程,以此建立的数学模型考虑了波浪的浅化、折射、绕射、反射和破碎。利用该模型对威海船厂港内随机波传播变形进行数值模拟,通过数值计算值与试验值的比较,发现在相同的考虑因素下两者是相当吻合的,说明模型在计算近岸随机波的传播变形时是实用而可靠的。     

漩门湾水域波浪计算分析

对漩门湾水域的波浪进行分析研究,利用波浪传播变形数值计算模式对该水域的波浪场作了推算,得出工程水域的波高分布,同时得出了防波堤的设计波浪,为围垦工程围堤设计提出科学依据。     

港口海岸工程波浪数学模型综述

对目前常用于港口工程的波浪数学模型进行了回顾和比较。结果表明，Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ模型和缓坡方程模型均可模拟港口海岸较小水域复杂地形条件下的波浪变形。对于港外大范围缓变地形水域，抛物型方程模型传统的折射模型则更可靠。     

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。     

南汇东滩促淤工程南区设计波浪要素研究

针对南汇东滩促淤工程所处的位置,选用基于波能平衡方程和波作用守恒方程的近岸风浪谱模型建立波浪传播计算数值模型,对非线性效应影响条件下的波浪要素进行计算研究。研究结果表明,波浪在远距离的传播过程中,受到沿程的风的影响,组成波之间能量交换转移和耗散等非线性效应的影响不可忽略,在南汇东滩海域采用近岸风浪谱数值模型对波浪的传播变形计算较为合适。     

低频波浪在有开挖航道口门附近的绕射

人工开挖的进港航道是水深较小水域港口工程中的重要组成部分。波浪在传播的过程中,遇到航道和防波堤会发生折射、反射和绕射等多种现象。本文采用修正型缓坡方程模拟了不同周期的波浪在双突堤口门附近的绕射规律,系统地分析了在不同波浪周期条件下口门有无航道对波浪传播的影响。     

基于抛物型缓坡方程的波浪数值模型应用研究

在建立了基于抛物型缓坡方程的波浪变形数值预报模型的基础上,计算了波浪破碎前堤后绕射及浅滩上的折射现象。在计算堤后绕射中,采用了堤上薄膜水的方法。为了消除数值计算结果的高频振荡,在方程中引入耗散界面。浅滩折射的数值结果还与Berkhoff的经典试验结果进行了对比。讨论了摩阻系数对波高的影响。为了将模型运用于破碎区,提出了一种波能衰减模型,分别用Sato的水槽试验资料及实际海域破波区波高实测资料对模型进行了验证。上述计算结果表明,所建立的波浪变形数值模型可以用于近岸波浪变形计算中。     

NSPMF-EB耦合模型及其在近岸波浪计算中的应用

提出通过耦合透水介质的流体运动方程(NSPMF模型)和改良Boussinesq方程(EB模型)来描述近岸水波现象的数学模型。NSPMF模型的优越性在于它能描述波浪破碎、越浪以及波浪和各种结构物(包括透水性结构物)之间的相互作用等伴随着复杂流动结构的局部波动现象;EB模型则可用于求解广阔海域内非线性不规则波浪的运动和变形过程。耦合模型兼有二者的优势,具有广阔的应用前景。验证计算的结果表明本文建议的耦合方法是有效的。     

长江口波浪折射线射数值模拟

在长江口波浪推算中使用扩展抛物型缓坡方程对波浪折射绕是行数值模拟。由于扩展抛物型缓坡方程中保留了表征底部曲率和较高阶的底坡顶,对较浅水城和存在浅滩的长江口区域波浪推算效果较好,数值模拟过程稳定。     

三亚新机场出运保障基地波浪场数值模拟研究

基于1949~2015年间影响南中国海的883个台风浪过程后报结果、以及南中国海1979~2015(共37年)逐年海浪后报结果,经统计分析,并经与已有研究关于工程周边水域极值波浪条件分析结果的比较,确定了三亚湾外海的深水波浪条件。然后基于波作用量守恒方程数值模拟模型SWAN,采用两重嵌套的计算方案,在考虑波浪折射、绕射、局部风能输入、海底摩阻、非线性波波相互作用以及波浪破碎的影响下,对不同方向和不同重现期的波浪由外海向工程区近岸的传播变形进行了数值计算。在此基础上,采用Boussinesq方程数值模拟模型Mike21BW模型,考虑波浪折射、绕射和反射的综合作用,对不同规划方案港域波浪的传播变形进行了数值计算。给出了工程规划结构前沿的设计波浪要素和港域的泊稳波要素,供设计部门参考使用。     

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。