边界适应曲线网格在天文潮、风暴潮数值模拟中的应用

采用曲线坐标系下的准三维近岸流波流耦合数值模型,采用边界适应曲线计算网格和两层嵌套方法,设计一套简单实用的天文潮预报系统,并引入风场以及考虑天文潮和风暴潮之间非线性作用的开边界水位,对2003年渤海发生的一次温带风暴潮进行模拟,计算结果与实测潮位吻合较好。     

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。     

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。     

风暴潮与波浪动态耦合三维港池模拟研究*

风暴潮是发生在海洋沿岸的一种严重的自然灾害，通常会伴有大浪，二者的耦合作用极大地威胁着沿岸地区的安全。以往对近岸承灾体海洋动力灾害的研究大多集中于单一致灾因子的影响，多采用恒定水位和定常波浪要素，对风暴潮与波浪耦合效应及其对海堤承灾体动力响应的研究不足。采用9711号台风在宁波北仑海域引起的风暴潮潮位及波浪过程，通过将连续的风暴潮水位变化过程与波浪过程进行叠加，模拟真实的动态潮位过程，在三维港池实验室中实现风暴潮和波浪的动态耦合模拟，为相关模型试验的开展提供参考。     

2011年“梅花”台风过程波浪模拟研究

利用具有实测气象资料同化功能的WRF模型和MCT实时耦合SWAN-FVCOM模式,对"梅花"台风过程的风、浪、流进行数值模拟,计算结果与实测结果对比表明,数模结果能较好描述台风路径、台风风场以及波浪场。将台风期间大连损毁海岸工程附近海域波浪特征与50年一遇设计波浪进行了对比,建议在我国东部沿海受台风影响的沿岸设计波浪要素的确定中进一步加强对较长周期波浪的研究。     

江苏海域“达维”台风风暴潮数值模拟试验研究

为提高风暴潮的模拟精度,将台风风场模型与NCDC背景风场进行叠加,考虑天文潮对风暴潮的影响,应用二维水动力模型MIKE21模拟了1210号台风"达维"(Damrey)期间江苏海域的风暴潮增水。比较不同气压场公式及不同最大风速半径公式构造出的风场模型对模拟结果的影响,选取最优组合分析台风对江苏海域流场的影响。结果表明,模型能较好地模拟台风期间的风暴潮增水,利用Holland气压场公式与江志辉最大风速半径公式模拟风场的计算结果更符合实测值。     

潍坊港海域波浪数值模拟*

采用WRF风场模式和SWAN海浪模式,分别进行渤海湾的风场和波浪场后报计算,并以波浪气象浮标实测数据对风场和波浪场进行验证,效果良好。以后报结果为样本,采用P-Ⅲ型拟合方法,对莱州湾湾口-15 m等深线处的风场与波浪进行统计分析,得到50 a一遇的设计要素值。运行MIKE21 SW模块建立潍坊港海域的波浪数值模型,进行50 a一遇重现期下的波浪浅水传播计算。模拟结果表明,该模型适用于模拟潍坊港附近海域的波浪传播过程,计算结果可为港区的码头、沙堤和航道等的设计和建设提供参考     

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.     

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。     

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。     

输入条件简化方法在研究岸滩冲淤演变规律中的应用——以青岛石老人海滩为例

为了更好地了解岸滩的动力过程,本文以青岛石老人海滩为研究区域,通过波流耦合模型对其附近的水动力场进行了精准的数值模拟。以简化潮汐和波浪条件作为地貌演变模型的输入条件,基于数值模拟的结果探讨了该地区影响地貌演变规律的主控因素。研究结果表明:基于输入条件简化的地貌模型能够很好地反映出海滩在多因素作用下的动力过程,研究区域内的波浪作为地貌变化的主控因素占有极大的优势。本文的研究成果可以为研究区域或其他岬湾海滩的岸滩保护和沙滩规划管理提供理论依据和技术支持。     

长江口海域波浪场模拟研究

采用MIKE21 SW波浪谱模型对长江口海域在凤凰台风期间的波浪场进行了模拟计算,考虑了水位和流速的影响,模拟结果和实测吻合较好,能够反映长江口海域的波浪分布。结果显示出水位对波高的影响是比较明显的,高水位条件下深水航道两侧和坝田区波高达到1 m以上,为泥沙的再悬浮提供了动力。     

基于数值和实验方法的非透浪梳式防波堤的水动力学特性研究

采用源函数造波法建立了三维数值波浪水槽模型,模拟了不同随机种子数(NW)下的随机波浪,与目标谱对比的结果证明当NW=200时,采用文中的数值方法可以得到较好的模拟精度;建立了随机波浪对一种非透浪梳式防波堤作用的数值模型,通过数值模拟结果和实验结果的比较,验证了该数值模型的有效性。对该非透浪的梳式防波堤的水力学特性进行了实验研究,并应用上述数值方法对结构的所受冲击波浪力机理进行了分析,数值结果证明在该结构的危险水位下,由结构的翼板和胸墙下底板所构成的异型空腔结构是导致翼板上产生较大冲击压力的主要因素。在此基础上,为了消减翼板的冲击压力,提出一种改进的结构型式,最后对该改进结构的翼板上波浪力特性和波浪反射系数进行了实验研究。     

新型防波堤消浪特性数值模型的建立与验证

为探究新型圆弧护面透空式防波堤的水动力特性,建立三维数值波浪水槽,对其开展模拟研究工作。本文从模型的建立、自由面追踪技术和方程的离散求解等方面对数学模型进行了详细的阐述,利用实验数据对计算结果进行了验证,验证结果表明,该数值模拟方法的计算结果与实验数据有很好的相关性,证明本文构建的数值模型可以用于防波堤的波浪结构特点分析和附近的流场计算研究。     

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。     

缅甸土瓦海域的海浪模拟与分析

文章以欧洲中长期天气预报中心(ECMWF)的气象资料为基础,采用SWAN建立数值模型,模拟了缅甸土瓦海域波浪传播至近岸的过程。模型采用卫星高度计资料和现场实测资料同时进行验证,验证结果表明模拟结果与两种资料结果趋势均符合较好。该海域波浪传播至近岸海域受地形折射与岛屿链影响明显,外海WSW向浪入射时,受岛屿掩护近岸海域波高迅速减小,岸线北部区域波浪折向W向,而外海SSW向浪入射时,波高受岛链掩护不明显,波高相对减小缓慢,岸线南部波浪折向SW向。     

波浪在斜坡堤上传播的数值模拟

基于VOF自由表面追踪技术,通过直接求解Navier-Stokes方程及κ-ε方程,建立了求解波浪与建筑物相互作用的数值波浪水槽,并将其用于研究波浪在不透水斜坡堤上传播的物理过程。首先,通过对水平床上非线性波传播过程的模拟分析验证了该数值波浪水槽的模拟精度;在此基础上,对规则波在斜波堤上传播的水动力过程,包括波浪爬坡、越浪及越流等进行了数值模拟,并通过物理模型试验结果对堤前水位及越浪量变化的模型模拟结果进行验证。     

巴塔港防波堤设计方案可行性数值模拟对比研究

本文以改进的Boussinesq方程为理论控制方程,采用MIKE21-BW数值模型对赤道几内亚巴塔港防波堤延长的四种设计方案进行可行性数值模拟对比研究。通过计算4种方案在设计高水位、W向波浪作用下各测点的泊稳波高,为防波堤结构进行优化设计。     

深水半潜平台波浪载荷模型试验研究

波浪载荷作为海洋平台在生命期内最重要的载荷形式,正确评估海洋平台的波浪载荷对结构的安全性具有重要意义。本文对一座深水半潜平台的波浪载荷进行模型试验和数值计算验证研究,模型缩尺比为1∶40。采用三维势流理论对半潜平台的波浪载荷进行数值仿真验证计算。验证结果表明本次模型试验方法较好地模拟了半潜式平台所承受的波浪载荷,其研究成果,可为半潜平台的设计提供支持。     

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。