波浪与潮汐耦合模拟技术研究

波浪与潮汐耦合模拟技术相关研究,可为沿海防灾体系建设、灾害评估、预警及应对等提供技术支撑,对预防和减轻沿海台风暴潮和台风浪灾害具有重要的意义。回顾风暴潮和波浪物理模型试验的研究成果,分析波浪与潮汐耦合模拟的最新研究进展和发展趋势,通过将连续的风暴潮水位变化过程与加密离散后的波浪过程进行叠加,用造波机和生潮设备连续生潮造波的方法,在水槽中实现了潮位和波浪的同步变化,从而在实验室中实现波浪与潮汐的耦合模拟,并将之应用于模拟实例。     

波流耦合模型在风暴潮波浪增水推算中的应用

文章通过收集威海海域附近引起严重影响的台风资料,并以历时台风资料为样本,采用montecarlo随机模型重新生成12组台风。建立波流耦合数值数学模型,以台风为驱动要素,对风暴潮引起的波浪增水进行了分析计算,得到台风过程影响下威海沿海海域的风暴潮增水与波浪要素,将研究结果进行了验证和与实测数据进行分析比较,并将研究结论应用于部分工程的实践。     

波浪与高桩承台式结构作用的试验研究*

针对舟山市泗礁岛的车客渡码头工程建设情况及工程海域特点,以高桩承台式结构为研究对象,通过波浪断面物理模型试验,对比3种不同设计方案下高桩承台式结构后的次生波波高及透射率、上水越浪情况,以及原设计直桩方案和修改方案结构所受到的波浪力,并对原设计直桩方案结构前挡浪板夹缝处的流速进行测量,综合整个波浪断面物理模型试验,对比不同方案的试验结果。结果表明,直桩方案堤前波浪条件较斜桩方案差,而斜桩方案堤后波浪条件较优;由于结构设计高程接近波浪作用较强区,越浪及破碎波浪冲击均较大,在设计中应对结构上部排水和受力予以关注。     

构筑物与波浪相互作用的研究

根据前人的研究成果，综述在海岸和近海工程中波浪与构筑物相互作用时，波浪力的几种计算方法。     

波浪作用下护岸三维稳定试验研究

针对大连某护岸工程平面布置方案,通过波浪三维稳定物理模型试验,分别对工程前设计波浪要素和斜坡护岸稳定性进行了研究。研究结果表明,特定地形条件下近岸处波高会大于深水处波高,值得设计特别注意;采用同样重量的护面块体,在击岸破碎波的作用下,浅水段的护岸稳定性不及深水段,底部块体的失稳会导致上部块体的下滑、坍塌,从而使断面失去防浪功能;在某些情况下,斜向浪对扭王字块护面块体的作用比正向浪偏于危险。因此,工程设计需要特别注意斜向浪和击岸破碎波的影响。     

物理模型试验波浪模拟控制标准讨论

简述涉海工程试验室不规则波模拟技术,列举和分析了现有行业标准关于依据波制作的有关规定,结合多年实践经验以案例形式对单向不规则波的物理模拟关键问题进行探讨,提出了一套实用可行的波浪模拟控制标准,为高质量开展波浪物理模型试验提供保证。     

连云港海域“达维”台风风暴潮数值模拟*

“达维”台风是建国以来登陆长江以北地区最强的台风。应用Jelesnianski台风参数模型、MIKE-SW波浪模型和MIKE-FM潮流模型,研究该台风在江苏海域登陆过程中台风浪、风暴潮的分布特征。计算结果表明,台风参数模型和台风浪模型验证较好,能够为风暴潮模拟提供准确的动力条件。台风过境期间,连云港海域最大风速超过40 ms,产生明显的海面强烈上升现象,台风中心附近水域最大风暴增水为1.7～1.8 m,高潮时刻风暴增水为0.6～0.7 m。该模拟系统能够准确模拟台风过境期间连云港海域风暴潮变化过程,对防灾减灾的数值预报具有重要价值。     

越南茶荣沿海港口波浪三维整体物理模型稳定性研究

三维波浪整体物理模型试验已广泛运用于防波堤工程实践中。三维整体物模试验较传统的波浪断面物理模型而言,对于波浪与结构物的作用有着更加完备的刻画。三维随机波浪整体物理模型试验可量化波浪的浅水变形、折绕射、越浪量及海工结构物三维稳定性。以越南茶荣沿海港口防波堤工程为例,利用1：34.3三维整体波浪物理模型,针对不同波向及重现期波浪条件下防波堤堤头、堤身三维稳定性与防波堤越浪量进行测试研究。试验结果表明：1)防波堤头堤石为5 t、主干为3.5 t时结构布置可靠稳定。2)仅在极端高水位和设计高水位部分组次发生少量越浪或者溅浪。     

波浪的非线性对斜坡堤反射和透射性能影响的试验研究*

防波堤的反射和透射性能是评价防波堤的重要指标。通过物理模型试验研究不规则波作用下波浪的非线性对斜坡式防波堤的反射和透射的影响。应用基于小波变换的时域入反射波浪分离方法分析防波堤前的入射波和反射波,进而得到防波堤的反射系数和透射系数,并将试验分析结果与现有斜坡式防波堤透射系数结果进行对比,讨论不规则波浪的非线性和水位对反射和透射的影响。结果表明,防波堤的反射系数随着波浪非线性和水位的增加而减小,随着波浪非线性的增强,波浪的透射系数减小,而水位越大透射系数越大;现有的防波堤透射系数公式计算的结果均偏小,特别是高水位情况下更为显著;所采用的防波堤具有较好的阻挡入射低频波浪的功能。     

港池长周期波浪振荡试验研究

港池长周期波浪振荡对港内泊稳条件极为不利,严重危害港内船舶的正常停靠与作业。通过物理模型试验,对某港内长周期波浪振荡和放大情况进行研究。结果表明,在短周期波浪作用下,港内发生了明显的长波振荡,5.47 m波高作用下港池长周期波浪波高可达0.4 m,在633、320和200 s附近的长波谱图均有明显峰值。通过港内外波浪能量对比发现,0.008 Hz以下频率港外波浪能量远不及港内波浪,港域内部在320和200 s附近的长波能量最大被放大5倍。研究结果可为类似工程长周期波浪防治提供参考。     

风暴潮耦合数值模式在渤海海域中的应佑

考虑地球曲率的影响,建立了基于球坐标下的渤海及黄海北部海域天文潮与风暴潮的耦合模型,通过对2003年10月8日到14日的天文潮及风暴潮的模拟验证,分析了温带气旋作用下的渤海沿岸各主要港口的增、减水及局部海域潮流的流速、流向变化.结果表明,温带气旋可引起渤海海域显著的增、减水现象,并明显改变局部海域潮流的流速、流向.     

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。     

不规则波作用下的港域波浪条件试验研究

针对数学模型很少能较好地模拟天然海浪的多向性、不规则性的特点,基于港口波浪整体物理模型试验,对不规则波作用下港域内测点的波高扰动系数的分布规律进行研究。结果表明:在绕射作用为主的掩护区域,多向波的绕射性能大于单向波,波浪扰动系数较大;波浪绕射、反射作用均十分强烈的掩护区域,多向不规则波与单向不规则波的扰动系数看不出明显的大小关系。以反射作用为主的掩护良好区域,单向不规则波的扰动系数较多向不规则波的要大,且受反射作用越大的区域,单向波的扰动系数大的越多。在以绕射作用为主的掩护区域,波浪分布对周期的敏感性较差;在以反射作用为主的掩护良好区域,波高分布对周期的敏感性较强。在绕射、反射都较强的情况下有可能单向波作用下的港内波高大于单向波,用单向不规则波来模拟反而是偏安全的。在进行港内波况整体模型试验时需要根据实际的工程条件做出综合考虑来决定波型,必要时要对单向、多向不规则波都要进行试验以确定最佳方案。     

风暴潮增水和台风浪联合分布在北仑港中的应用

通过台风期间北仑港实测潮位、波浪资料统计分析,研究台风期间风暴潮增水特性和统计规律,采用概率统计理论研究风暴潮增水和波浪的相关性,建立风暴潮增水与波高的联合分布,提出考虑风暴潮影响的设计潮位、波浪组合的推算方法。     

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。     

大型挖入式布局的港池设计波要素推算方法

我国沿海发达地区尚未开发的天然建港岸线资源所剩不多,近年来在沿海可以利用的地区已建设或规划多个大型挖入式布局港池。挖入式布局的港池因具有充分利用岸线、掩护条件优越、便于管理等特点,在国内外应用较广。港池设计波要素是码头设计过程中的重要研究参数之一,而目前主流的商业软件MIKE 21 SW波浪模型、MIKE 21 BW波浪模型在对大范围港池的港内波浪场进行计算时各有欠缺。以横沙大型港池为例,比较几种不同波浪推算方法的计算结果,提出了结合MIKE 21 SW、MIKE 21 BW两种波浪模型进行叠加的推算方法。     

港域波浪联合绕射、反射特性试验研究

针对港域波浪在绕射、反射联合作用下波况复杂的特点,基于港口波浪整体物理模型试验,对不规则波作用下港域内波高扰动系数的分布规律进行研究。研究表明:在波浪绕射作用或波浪反射作用占主导地位的掩护区域,多向不规则波的扰动系数与谱峰周期正相关,且周期相差越大,扰动系数相差越大。在波浪反射占主导地位的波浪绕射联合作用下,单向不规则波的扰动系数随谱峰周期的变化无明显规律性关系,且波浪反射对波向十分敏感。在存在原有建筑物反射的物理模型试验中,需要将模型边界反射模拟准确,否则可能造成试验失败;数学模型亦然,对相关建筑物需选取合适的反射系数。研究结果对后续的港口工程建设有重要的借鉴意义。     

港池内中长周期波浪作用下船舶系缆动力响应

针对港池内船舶装卸作业的安全与稳定问题,采用基于势流理论的面元法分析程序AQWA,分析得到船舶与码头结构耦合作用下的14 000 TEU集装箱船动力响应幅值算子。在此基础上,进一步采用码头泊位前的真实波浪条件,得到14 000 TEU集装箱船在设计系缆方式下的船舶运动量响应和缆绳受力响应。结果表明,14 000 TEU集装箱船横摇周期较大,与港池内存在的中长期波(12～18 s)不相匹配,不易引起船舶较大幅度的动力响应;计算分析结果与系泊物理模型试验所得到的结果相吻合,说明所采用的计算原理与分析模型较为可靠,具有较强的工程实际应用价值。