SWAN波浪模型和缓坡方程在0903号台风“莲花”波浪数值计算中的联合应用

为了提高近岸台风浪模拟的精度和效率,选取台湾海峡及其邻近海域为研究区域,以0903号台风"莲花"为例,采用大、小网格嵌套的SWAN波浪模型和抛物型近似缓坡方程联合应用的方法模拟了此台风浪场的分布特征.将验证点的计算值与浮标实测值进行对比,峰值的最大绝对偏差为0.89 m,整个模拟过程的平均绝对偏差为0.45 m,平均相对偏差在20%以内,整体模拟效果良好.为了便于分析模拟结果,选取了2009年6月20日23时、21日08时、21日14时3个典型时刻的模拟结果进行对比分析.其结果表明:(1)随着台风中心的北移,研究区域内风浪逐渐占据绝对主导地位,风与波浪的变化趋势更加吻合.21日08时泉州湾内最大风速约15 m/s,湾口的最大波高为2.8 m;至21日14时台风中心逼近泉州湾口,湾内最大风速增大至20 m/s,湾口最大波高迅速增至4.4 m,模拟结果与实际情况相吻合.(2)在台风中心逼近泉州祥芝中心渔港时港区受台风影响最大,但受该渔港东侧防波堤的阻挡,波浪较难进入避风水域,仅从堤头绕射进入港内,港内波高约为0.2 m,港外最大波高达到2.3 m,受到东向浪侵袭时港内避风条件较好.上述结果表明,SWAN波浪模型和缓坡方程联合应用在台湾海峡及其邻近海域的台风浪数值计算中具有良好的适应性.

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。

高阶近似抛物缓坡方程的随机波模型

文章基于高阶近似抛物缓坡方程 ,利用线性叠加原理建立了自然地形条件下综合考虑水波折射、绕射的随机波模型。通过对 Vincent和 Briggs的不规则波实验资料的数值模拟 ,对本模型进行了验证 ,计算结果和实验结果符合得比较好。并且通过数值计算得出了一些重要结论 ,对工程计算有重要意义。

基于缓坡方程的短波模型L—WAVE

以双曲型缓坡方程为基础，采用有限差分法建立了短波模型Ｌ—ＷＡＶＥ。该模型适合于任意水深，可以模拟波浪的折射、绕射和反射等各种变形，并且可以考虑航道的影响。与Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ模型相比，计算速度明显提高。

抛物型缓坡方程波浪数学模型波能损耗的考虑

提出了新的考虑波能损耗的缓坡方程波浪数学模型，这一模型建立在Ｋｉｒｂｙ推导的缓坡方程和Ｂｒｅｔｃｈｎｅｉｄｅｒ一Ｒｅｉｄ波有损耗公式的基础上。为了提高这一波浪数学模型的计算精度，本文还对Ｂｒｅｔｃｈｎｅｉｄｅｒ－Ｒｅｉｄ 公式中的波能损耗系数进行研究。

浅水波浪数值模型SWAN的原理及应用综述

概述了模拟海岸、河口的浅水波浪数值模型研究现状、存在的问题以及用能量平衡方程预报海浪的发展历史。介绍了基于当代最新波浪理论研究成果的第三代浅水波浪数值模型SWAN模型,对模型的适用性、数值特性、功能及局限性进行了阐述。介绍动谱平衡方程数学模型、方程离散要求、边界条件的处理和源项(包括能量输入、损耗及波与波之间非线性相互作用)的处理方法,重点介绍三相波非线性相互作用。模拟海安湾有效波高、波周期场,并分析波与波之间非线性相互作用对波浪要素预报的影响,最后对SWAN模型的应用前景和研究趋势进行了展望。

一种扩展型缓坡方程的时域计算模式

该文通过引入有效波面函数,把考虑海底摩擦、波浪破碎、陡变和快变地形等因素影响的扩展型缓坡方程,化为最简形式的时间双曲型缓坡方程。基于此方程和非线性振幅频散关系,建立了波浪传播的数值模拟模型,并对数值格式进行了误差分析,结果表明由于耗散项的引入,数值格式的稳定性较文献[1]得到了提高。数值解与物理模型实验值和解析解吻合良好,表明模型可以对近岸波浪传播过程中折射、绕射、反射、浅水变形、海底摩擦、波浪破碎和弱非线性等因素的影响进行较好地预测。

双曲型缓坡方程的数值求解

双曲型缓坡方程是研究波浪在近岸缓坡区域传播变形的一种有效波浪数学模型。对Madsen和Larsen提出的双曲型缓坡方程进行了数值模拟,数值模拟中采用时间层同步空间层交错的有限差分格式对双曲型缓坡方程进行数值离散,并结合两个典型算例对所采用的数值模型进行验证。数值计算的结果表明,该数值模型可有效地应用于双曲型缓坡方程的数值求解。

基于Boussinesq方程近岸波浪演变的数值研究

首先对目前描述近岸波浪传播变形的数学模型进行了回顾与总结;对不同数学模型的特点、适用范围和发展情况进行了阐述与对比。应用基于Boussinesq方程的Coulwave模式针对几个经典实验地形进行了数值实验,数值结果和实验实测数据吻合较好。此外,分别采用不同的近岸波浪模型模拟了某渔港附近波浪的传播变形,结果表明:当考虑波浪的折射、绕射、反射联合作用时,Coulwave模式计算结果明显较缓坡方程及SWAN模型计算结果更加合理。

近岸波浪传播变形数学模型的研究与进展

对近岸波浪传播变形的各种数学模型进行了归纳评述和总结,以期对本研究方向的发展起到一定的引导和促进作用。

一种浅水波浪数值模型的应用研究

简述目前几种浅水波浪数值预报模式 ,介绍了国内外以能量平衡方程预报浅水波浪的若干模式 ,重点介绍了应用当今最新波浪研究成果发展起来的并经过若干理论及现场观测资料验证的 SWAN模型 ,详细论述了模型的特点及其适用性 ,其动谱能量平衡方程的数值离散格式及对能量源汇项的处理方法 ,利用 SWAN模型计算了在不同水深时流场对波浪传播的影响 ,并与线性波流理论计算结果进行比较 ;最后 ,将模型应用于海安湾的浅水波浪数值计算 ,模拟湾内波高及周期场分布 。

近岸海浪几种数值计算模型的比较

除了统计模型,目前可用于近岸海浪计算的主要模型基本上可以分为Boussinesq方程、缓坡方程、能量平衡方程三大类。本文在对这三类模型作简要介绍的基础上,对它们用于近岸波浪计算各自存在的优缺点作了较为详细的比较,然后综合这三类模型的优点,根据目前我们所掌握的一些先进的海浪计算方法,提出一种比较实用的计算模型。

港域波浪数学模型的改进与验证

通过物理模型对改进的港内波浪传播变形数学模型进行验证。该数学模型以推广的时变缓坡方程为控制方程,采用含松弛因子的ADI法求解,并对波浪反射和透射边界模拟方法进行改进。先通过物理模型试验确定斜向浪入射条件下抛石防波堤前的波浪反射系数,作为数学模型中部分反射边界模拟的依据。然后进行了一个典型港口内波浪折射、绕射和反射的模型试验,测量港内波浪分布。对比模型试验和数学模型计算的结果表明,数学模型可较好地模拟港内复杂地形和边界条件下规则波和不规则波的传播变形。

利用波浪折绕射模型和风浪成长公式计算临港重现期波要素

本文通过波浪折绕射模型和浅水风浪成长公式的联合计算得到了杭州湾北岸海域的不同方向、不同重现期和不同水位条件下的波浪场分布,结果表明该海域以东向浪为主。描述了50年一遇、不同方向、不同水位条件下的波浪特征。

基于第三代浅水波浪模型的海区泥沙骤淤数值预报及工程应用

在简要介绍现有近岸波浪数值模型的基础上,对应用了最新波浪研究成果、适用于海岸、湖泊和河口地区的第三代浅水波浪数值预报模型的研究和应用进行了详细论述。通过该模型数值计算得到黄程山局部区域不同风向的有效波高分布,将模型与海区泥沙骤淤机理相结合,进而得到整个区域平均含沙量的分布,并数值预报近岸区域骤淤量随时间的变化,研究成果可为海区大风浪情况下骤淤预报提供理论指导,本文最后讨论了泥沙骤淤计算模型未来发展的趋势。

二维水波数学模型的实验验证

为了验证基于缓坡方程的波浪折射和绕射综合问题的数学模型，在波浪水池中，对缓坡地形上的双突堤在规则波、单向不规则波和多向不规则波作用下的折射、绕射综合影响进行了实验研究，并将实验得到的结果和数值计算结果进行了比较。

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。

海岸波浪场模型研究进展

从建模原理、波浪在近岸区域传播的众多机制、模型的类别、优势、局限性以及模型在未来的发展趋势等方面，综述了在海岸工程实践中广泛运用的以下两大类海岸波浪场预测模型的最新研究进展：（１）能量平衡模型．它一般用来预测海洋深水波候，已发展到相当完善的阶段，例如，最为著名的ＷＡＭ３Ｇ模型．这种模型在海岸工程中的作用就在于可以模拟施加在波浪上的随时间变化的风场效应．（２）质量、动量守恒模型．它在海岸工程中应用最为普遍，并且内容丰富，数值技巧多样．目前包含了以下代表性的模型：缓坡方程、抛物型方程、非线性浅水方程、高阶Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ型方程、Ｇｒｅｅｎ－Ｎａｇｈｄｉ理论．

考虑非线性弥散影响的波浪变形数学模型

提出了逼近Ｋｉｒｂｙ和Ｄａｌｒｙｍｐｌｅ的非线性弥散关系的显式非线性弥散关系的表达式，该显式表达式与他们的非线性弥散关系的精度几乎完全相同．采用显式非线性弥散关系，结合含弱非线性效应的缓坡方程，得到考虑非线性弥散影响的波浪变形数学模型，并对该数学模型进行了数值验证．结果表明，考虑非线性弥散影响的波浪变形数学模型更为精确．

考虑波能耗散的近岸波浪传播数学模型

基于考虑能耗的定常缓坡方程 ,推导得出包含波能耗散的近岸水域波浪传播变形数学模型 ,并用所得模型对浅水中波浪的传播进行了计算。将计算结果与 Berkhoff的实验数据进行比较 ,表明二者吻合很好。