基于抛物型缓坡方程模拟近岸波流场

波浪向近岸传播的过程中由波浪破碎等效应所形成的近岸波流场是近岸缓坡区域重要的环境动力因素之一。本文基于近岸波浪传播的缓坡模型对近岸波浪场及近岸波浪斜向入射破碎后所产生的沿岸波流场进行了数值模拟。考虑到波浪向近岸传播中局部复杂区域波向不易确定,计算时直接从波浪辐射应力定义出发,采用抛物型缓坡方程所给出的辐射应力公式来计算波浪产生的辐射应力,在此基础上耦合近岸波流场数学模型对近岸波浪破碎形成的波流场进行了数值模拟研究,结果表明本文的数值模型是有效的。

结合抛物型缓坡方程计算波浪辐射应力

将波浪辐射应力与抛物型缓坡方程中的待求变量联系起来，提出了一种计算辐射应力的新方法，并用有限差分法对控制方程进行了数值求解．数值结果表明这种方法精度高、编程简单、求解快速，可用于实际大区域波浪辐射应力的计算。

基于抛物型缓坡方程模拟近岸植被区波浪传播

植被对波浪传播运动有重要影响。考虑近岸波浪在植被区传播中的折射、绕射、破碎及植被引起的波能耗损效应,基于抛物型缓坡方程建立了模拟近岸植被区波浪传播的数学模型,对模型进行了数值模拟验证,采用数值模拟试验分析了植被对波浪传播的影响。数值模拟结果表明,波浪在近岸植被区传播时,随着植被密度和植被高度的增加,波浪传播中的波高衰减增大,波能耗损增加;不同周期波浪在植被区传播中的波高衰减过程也明显不同。

考虑风能输入的抛物型缓坡方程

在Radder和Kirby发展的波浪折射绕射缓坡方程抛物型模型基础上,对这种模型进行了改进,改进后的模型除可以考虑波浪传播过程中的底摩阻损耗、非线性作用外,加入了风能输入对波浪传播的影响。基于风能输入项的波浪模型数值计算结果表明,在纯风浪情况下的计算结果与传统的风浪计算方法结果一致,在波浪传播过程中由于风的作用,将导致波高比无风作用下计算的波高大。

非线性抛物型缓坡方程的数值模拟

参考Lo对MNLS方程中非线性项的处理方法,但不转换到频域求解,同时采用Li修正的非线性弥散关系,对非线性抛物型缓坡方程在复数域进行数值模拟,并分别在Berkhoff椭圆地形及淹没圆形浅滩地形验证了该模型,得到了较好的结果。此模型可以有效地模拟非线性波浪问题。此非线性项的处理方法使得数值计算过程中不需迭代求解,同时减少了边界周期性的限制,易于操作编程,提高了计算效率。

基于抛物型缓坡方程的某码头泊稳问题研究

从理论出发介绍了抛物型缓坡方程的特点,并阐述了抛物型缓坡方程的使用限制条件;根据实际工程的需要,运用基于抛物型缓坡方程的REF/DIF模型对大连将军石码头改进后的两种方案的波高进行了模拟和研究,模拟结果表明经改进后方案1和方案2均能满足港内泊稳条件,方案1要更优于方案2。

抛物型缓坡方程的变分及数值模拟

对线性水波的折射一绕射问题应用变分原理，对非等深、具有缓坡和不连续的底被导出了一种修改的抛物型缓坡方程近似模型，可预测三维地形上波浪的折射一绕射．同抛物型缓坡方程的线性方程进行了对比．通过数值模拟方法进行数值求解，表明本方法可用于地形条件下的波浪折射一绕射问题．

曲线坐标下波浪抛物型缓坡方程及近岸流数值模型研究

建立了曲线坐标系下的波浪抛物型缓坡方程及近岸流数值模型,对不规则岸线地形下的波浪传播变形及近岸流运动进行了数值模拟研究.首先基于曲线化抛物型缓坡方程建立了正交曲线坐标系下的近岸波浪传播数值模型;然后通过正交曲线变换建立了正交曲线坐标系下的近岸流数值模型;进而基于波浪辐射应力的概念,耦合上述数值模型,对Gourlay模型实验和Hamm模型实验中不规则岸线地形条件下的波浪传播变形及近岸流运动进行了数值模拟研究,并结合实测资料对数值模拟结果进行了验证分析;最后基于上述耦合数值模型对美国San Francisco海湾的Ocean Beach海岸波浪斜向入射所产生的波浪场及波浪破碎所形成的近岸流进行了数值模拟研究.对比分析表明,本文数值结果与实验结果或其它学者所得数值结果基本一致,从而验证了本文数值模型的有效性.

近岸波浪破碎区污染物运动的数值模拟

波浪斜向近岸传播中由波浪破碎作用所引起的近岸波流体系是近岸非常重要的环境水动力因素,对该区域污染物的运动分布起着重要的影响作用。结合近岸波浪传播的抛物型缓坡方程、近岸波流场数学模型及污染物在近岸波流作用下运动的数学模型,对近岸斜向入射波浪破碎所产生的沿岸波流场中污染物的分布运动过程进行了数值模拟,并结合实验结果对数值模拟结果进行了分析验证。

近岸较大区域波浪数值模型的比较

将适用于近岸较大区域波浪传播变形的三种模型,即基于抛物型缓坡方程的不规则波模型、引入浅水波浪谱TMA谱的SWAN(simulating waves nearshore)模型以及采用默认JONSWAP谱的SWAN模型应用于特拉华大学(University of Delaware)圆形浅滩实验进行比较。结果显示,抛物型缓坡方程和SWAN的模拟结果与实验所测数据符合都比较好;SWAN在非线性作用较强的浅滩中心及靠后部效果更佳,而抛物型缓坡方程由于没有考虑非线性作用,模拟得到的最大波高较实测值偏高,且波高变化较为剧烈。

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。

波浪数值模拟的工程应用——某渔港港区波浪场整体数学模型研究

波浪是海岸及近海工程中非常重要的因素,对海岸建筑物的建设起到决定性的作用,研究波浪在近岸和港区的传播有非常重要的意义。波浪由外海向近海岸传播过程中会发生折射、绕射、反射、浅水变形、底摩擦、能量耗散、共振及波浪破碎现象,可以通过数学模型来模拟这些现象。缓坡方程包括非线性和色散性,能够综合各种因素提出适合近岸波浪传播变形的缓坡方程。在实际工程应用中,通过对防波堤的走向、口门位置进行了多方案比较,并通过整体模型试验结果选出了最佳平面布置方案。

随机波浪作用下近岸波流场的数值模拟

结合近岸波浪抛物型缓坡模型和近岸波流场模型,对近岸不规则波浪及其破碎后所产生的流场进行了数值模拟.在不规则波浪场的模拟中,采用JONSWAP波浪谱对入射单向不规则波浪要素按等分频率法进行离散,应用考虑波浪不规则性和破碎效应的抛物型缓坡方程对波浪场进行数值模拟,并基于抛物型缓坡方程中的波浪势函数等参数计算波浪辐射应力,以波浪辐射应力为主要动力因素基于近岸流数学模型对近岸波浪破碎所产生的近岸流场进行数值模拟,并对数值模拟结果进行了验证.模拟结果表明该模型可有效地用于研究波浪破碎产生的近岸波流场.

近岸波浪破碎区不规则波浪的数值模拟

基于近岸不规则波浪传播的抛物型缓坡方程和两类波浪破碎能量损耗因子,对近岸波浪破碎区不规则波浪的波高分布进行了数值模拟,并结合实验结果对数值模拟结果进行了验证分析,结果表明采用两类波浪破碎能量损耗因子所模拟的破碎区波高与实测值均吻合良好,波浪破碎能量损耗因子及波浪破碎指标对破碎区波浪波高分布影响较明显。

长江口水域波浪数值计算

利用高阶非线性抛物型缓坡方程对长江口水域的波浪传播变形作了推算,依据测站的资料分析数值模式中的底摩阻因子和风能输入因子对波浪传播的影响,进而确定其参数。针对不同导堤结构型式,分析了潜堤的波浪传递系数,最后对长江口二期整治工程完成后水域的波浪场作了推算。

曲线坐标下近岸波浪破碎区污染物输运数值模型研究

由于近岸斜向入射波浪演变、破碎等效应而形成的近岸波流场是近岸海域重要的环境水动力因素,对近海污染物的输运起着显著的影响。本文建立了曲线坐标系下相耦合的基于抛物型缓坡方程的波浪传播数值模型、近岸流数值模型及近岸波流场中的污染物输运数值模型,以近岸波流场为动力基础对不规则岸线地形下近岸污染物的输移扩散进行了数值模拟研究。应用上述联合数值模型对近岸沿岸流作用下的污染物输移扩散进行了数值模拟验证分析,数值模拟效果良好。进而将数值模型应用于Gourlay物理模型实验,对该地形近岸流作用下的污染物输运进行了数值模拟分析,污染物分布数值结果与作为其动力基础的近岸波流场表现出良好的一致性。

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。

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。

波浪在变化地形上的传播

使用扩展抛物型缓坡方程,通过数值模拟过程研究了双圆形浅滩串联和并联不同放置地形上波浪传播过程中的波浪折射绕射,并与单圆形浅滩的数模进行了比较,数值结果较真实地反映了波浪在经过双圆形浅滩发生的变化及浅滩之间的相互作用.从结果可见,当两圆形浅滩串联放置且当两底面相切时出现的两个比振幅峰值第二个比第一个大,而随着两圆心距离的增加,第二个峰值下降,逐渐比第一个峰值小,直到两圆形浅滩没有相互作用.