岸礁地形上波浪增水和传递波的数值模拟研究

利用完全非线性Boussinesq方程数值模型FUNWAVE-TVD,对珊瑚岸礁地形上波浪的传播变形进行了数值模拟。通过Demirbilek物理模型试验,测试了FUNWAVE-TVD关于岸礁地形上波浪传播变形的计算性能,并分析了模拟结果(包括波高、增水和爬高)之于空间网格步长、底摩阻系数和破碎阈值的敏感性。通过系列组次的数值模型试验,研究了岸礁地形上礁坪长度和礁后岸坡坡度对波浪增水、传递波波高和爬高的影响。结果显示:礁坪长度和礁后岸坡坡度的变化对礁坪增水的影响小;一定范围内,传递波高随礁坪长度的减小和岸坡坡度的增大而增大;爬高随礁坪长度的减小而增大,随岸坡坡度的增大先增大后减小。相关结果对礁顶工程建设具有一定的参考价值。     

低频波浪在常水深地形中传播的数值研究

利用基于Boussinesq方程的波浪辐射应力计算模型,模拟常水深地形中传播的低频波浪,研究其形态变化,以及低频波浪与波浪辐射应力之间的关系。结果发现约束长波的波幅和波群的辐射应力值基本保持在某一均值不变;主频的波幅、约束长波的波幅都会做一定周期的震荡,同时波群的辐射应力也随之而震荡,三者之间的变化关系是波群非线性能量传递的表现。     

不同平面布置方案对港内波浪影响

结合揭阳港靖海作业区通用码头项目的建设,开展波浪整体物理模型试验,对工程码头及护岸设计波要素,码头上水和港内波高分布进行了测定。根据工程不同平面布置方案中的试验结果,确定最优化的工程总平面布置方案,为港口工程的设计、建设提供了科学依据。同时,简要讨论了工程中航道及港池开挖对波浪传播及港内泊稳的影响。     

防波堤波浪越顶对港内波高的影响

较低顶高程的防波堤波浪越顶会对港内波高产生影响。针对某一具体工程实例,进行防波堤波浪越顶后透射波 高的断面和整体模型试验,结果表明：斜向浪（45°以下）作用下,堤后透射比波高随着距防波堤距离增大而逐渐消减,当 水工结构物距防波堤较远时,透射波高远小于断面试验结果;局部防波堤波浪越顶对港内波高的影响明显小于全部防波堤 波浪越顶情况。     

潜堤地形对随机波浪非线性特征量影响的数值模拟研究

利用基于非静压和浅水方程的SWASH模型,模拟随机波在潜堤地形上的传播变形,通过与物理模型实验和理论靶谱的对比,证明了该模型的有效性。应用该模型研究潜堤地形对随机波非线性参数的影响,及潜堤上畸形波的产生和演化。发现不规则波在向浅水传播的过程中,波浪偏度和峰度先增后减,最大值出现在堤顶左端,而波浪不对称度则先减后增,其最小值、最大值分别出现在堤顶左端和右端。如果堤顶宽度足够长,不对称度、偏度和峰度会在距堤顶左端2~3倍特征波长范围内达到稳定状态。此外,发现堤顶左端附近出现畸形波的概率最大,应用傅里叶变换和小波变换分析几个典型位置波面过程线,对比畸形波演化过程中能量分布、频率组成变化,分析畸形波的生成原因。     

大型港区港内波浪条件分析研究

以某大型港区工程为实例,通过波浪整体物理模型试验,研究了通过防波堤口门传入港区的波浪条件,并采用数学模型模拟了港内局部小风区成浪的影响。并将两者的结果按照相关方法进行了合成和对比分析。结果表明,对于大型港区,港内局部小风区风成浪对港内码头设计波浪要素和码头泊稳条件都有一定的影响,这是大型港区设计时需要考虑的因素。同时还指出对于防波堤越浪的情况,应考虑越浪产生的堤后次生波对港内码头处波浪条件的影响。     

瓜达尔港内海区波浪的特征分析

由于瓜达尔港缺少合理的波浪资料和设计参数,瓜达尔港(一期)设计施工出现较多问题.为此进行了一年(2002年11月到2003年10月)的水文观测.根据对观测资料的分析表明,该港常年存在大周期波浪,具破坏力,要引起充分重视.     

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。     

海丰电厂码头工程港内波浪条件研究

结合华润电力海丰电厂煤码头项目的建设,开展波浪整体物理模型试验,对防波堤、码头及护岸设计波要素, 码头面上水高度和港内波高分布进行了测定。根据工程不同平面布置方案中的试验结果,确定最优化的工程总平面布置方 案,为港口工程的设计、建设提供了科学依据。同时,简要讨论了工程中航道及港池开挖及防波堤建设对波浪传播的影响。     

浅滩影响下的近岸低频波浪研究

周期在25～300 s之间的低频波浪对海岸附近的泥沙输运、港内水面波动和泊稳等都有重要影响。虽然针对低频波浪的理论研究已有较多成果,但是结合实际工程针对浅滩上低频波浪的研究较少。采用非静压波浪模型SWASH对浅滩上波浪进行数值模拟,并对时域水面结果进行长短波分离,探讨低频波浪在浅滩上的演变规律。模拟结果显示,浅滩上低频波浪主要由约束长波和自由长波组成,约束长波占主要部分;低频波浪的能量来自于短波波群能量的转化;低频波浪能量增长率与h~(-5/2)成正比;不同水文条件下浅滩对低频波浪演变和近岸低频波浪运动的影响具有一定规律性。     

涌浪影响下的某浮式LNG接收码头港内波浪研究

针对涌浪及浮式LNG码头的具体特点,通过波浪数模、2D及3D物理模型试验等手段,对港内波浪进行了研究.结果表明,防波堤透浪及波浪周期对港内波高有明显影响,且波浪周期越长影响越大.为此,对于波高变化敏感的浮式LNG码头,建议通过3D波浪物理模型试验对港内波浪做更准确的评估.     

低频波浪分离方法研究

为了更好的研究低频波浪,从总的波浪中分离出各种不同成分的低频波浪具有重要的意义。文中归纳了低频波浪分离的研究进展,主要介绍了三种方法:阵列法、共置法以及二阶谱分析法,并分析了各自的适用性和局限性,其中阵列法是进一步研究的重点。在此基础上,对今后的研究前景进行了展望,可以考虑用小波分析代替傅立叶分析应用于低频波浪的分离。     

基于粘性无反射数值波浪水池研究波浪作用下双浮体共振问题

对于存在小间隙的双浮体系统在波浪作用下的共振问题,传统的势流模型由于忽略了流体粘性的影响,往往会严重高估共振现象。鉴于此,论文通过在不可压缩粘性流体的N-S方程中添加质量源项和阻尼项,建立了粘性无反射数值波浪水池,并基于此数值水池对不同频率波浪下的二维和三维双方箱形浮体的水动力特性进行模拟研究。结果表明,对于二维双浮体,论文方法能够准确地对间隙内的波高、作用在浮体上的波浪力及其共振频率进行预报;在共振频率附近,传统势流模型忽略了粘性的影响,相比论文方法会高估间隙内的波高以及波浪力。对于三维双浮体,势流和粘流结果的差异明显小于二维时两者的差异。对比二维和三维结果可以发现:二维双浮体受到的水平和垂向波浪力均存在强烈的共振现象;而三维双浮体受到的垂向波浪力不存在共振现象,而是随入射波频率的增加而单调递减。     

波流相互作用中潜堤上低频波浪数值模拟

波流相互作用的研究具有重大的工程意义。文中采用完全非线性Boussinesq模型,模拟了低频波浪在潜堤上演化的整个过程,并对低频波浪进行分离,观察了不同水流作用下自由波和约束波间的能量变换传递,发现不同水流速度对约束长波的影响很小,而对自由长波的影响很大。其中,逆流会缩短拍长,相互作用更快速,而顺流恰好相反;在经过潜堤后,大部分的约束长波会把能量传递给自由长波,逆流会减小自由长波波幅,而顺流会增大自由长波波幅。     

台阶地形上圆柱对波浪作用研究

圆柱结构是一种常见的海岸工程的建筑物形式。文中充分考虑近岸区波浪的浅水变形和折射效应,通过波浪水槽试验研究台阶地形上圆柱对波浪的作用。利用波高传感器和声学多普勒流速仪(NDV)分别测量墩柱迎浪面、侧面和背部的波高和瞬时流速。通过统计学和谱分析的方法,计算得到平均流速和频谱谱。结果表明,波浪受到圆柱结构的影响,波形不对称性加剧,次峰出现并增大,主频能量减小,倍频能量出现并逐渐增加。圆柱附近水流成三维结构,水平向的流速均大于横向和垂向,离床面越近紊动越强烈。     

岛礁地形上二维波浪传播的数值模拟

波浪在岛礁地形上传播的重要特征之一是波浪的破碎,为了研究近岸岛礁地形下波浪传播特性,本文采用基于Boussinesq方程的FUNWAVE1.0模型,对于二维岛礁地形上波浪的传播过程进行了数值计算,通过数值计算结果与物模实验结果的对比分析,研究了数值计算模型中波浪破碎模拟参数的取值,研究结果可为实际工程波浪破碎过程的模拟分析提供参考。     

掩护型小面积港域不同尺度对港内波浪条件的影响

在理想地形条件下用MIKE21-BW模块进行了港域与波长不同比值(a/L)情况下掩护型小面积港内波浪分布计算,分析a/L对港内波浪条件的影响规律,并依据青岛造船厂造船基地码头工程对其进行了相应的计算,为小面积港域的规划和设计提供科学依据.     

航道水深对波浪传播影响的数值模拟研究

利用CGWAVE波浪数值模型探讨波浪入射角度不同时航道水深对波浪传播的影响,得出航道与两侧岸滩不同水深比条件下的波浪临界入射角。通过与物理模型试验的对比验证该数值模型的可信度,并将其应用于曹妃甸中心渔港一期工程项目中,本研究的相关成果可用于指导航道工程设计和建设。     

竖直双挡板桩基码头港内波浪特性试验研究

结合某码头二期工程建设,对竖直双挡板桩基码头结构开展波浪整体与断面物理模型试验,对工程码头、防波堤设计波要素及港内波高分布进行了测定。分析了竖直双挡板桩基码头不同挡板结构(挡板底高程、挡板封闭情况)时的港内波高分布特征,分析了不同工况下港内泊稳条件,并给出了最优化方案;研究了波向对绕射的影响、有效波高比与相对入水深度对透射系数的影响,分析了绕射波、透射波、反射对港内波况的影响。研究表明,《海港水文规范》给出的岛式防波堤堤后不规则波绕射系数整体上小于竖直双挡板桩基码头的绕射波试验值,港域内波高最小的区域位于距离码头中心一倍船宽附近,最后提出了一种港内波高的简化计算方法。