基于SWASH模型的近岸波浪传播变形数值模拟

SWASH模型是一种新型的非静压时域波浪模拟。为了探讨SWASH模型对于解决近岸波浪传播变形问题的适用性,在对其控制方程、边界条件、数值解法等进行介绍的基础上,采用该模型分别模拟了正向规则波、斜向规则波和斜向不规则波入射条件下L形防波堤附近水域的波浪场和波生流场,并与物理试验结果进行对比。结果表明,SWASH模型较好地复演了波浪在近岸区域所发生的浅水变形、折射、破碎,以及堤前反射、堤内绕射等物理现象,波高沿断面的定量分布与试验结果吻合良好,同时较好地模拟了不同波况下防波堤附近水域的波生流场,说明该模型适用于复杂岸线和地形条件下波浪传播变形的数值模拟。

基于SWASH模型的珊瑚岛礁波生环流模拟研究

珊瑚礁地形是热带和亚热带近岸浅海地区的显著特征之一。不同于以往常见的近岸缓变地形的水动力环境,岛礁附近水深剧烈变化且存在潟湖和裂口等,导致礁坪上产生显著的波浪增水、波生流现象。采用非静压模型SWASH模拟研究了不同外海波高、周期和礁坪淹没水深对礁坪波高和波浪增水的影响。结果表明波浪通常在礁缘处发生破碎,波高在礁坪上沿程减小,礁坪上的波浪增水随入射波高、周期增大而增大,随礁坪的淹没水深增大而减小。在增水正压力和辐射应力的驱动下在礁坪上形成向岸流、在裂口中形成离岸出流,产生外海-礁坪-潟湖-裂口的水平环流系统。岛礁环流随外海入射波高的增大而增大,礁坪上流速随周期增大而增大,其他区域随礁坪淹没水深和周期变化不明显。

近岸波浪模型MIKE21BW与SWASH的比较

波浪是滨海电厂等电力工程中需要考虑的主要水动力要素之一,为了实现近岸波要素的准确计算,目前多采用数值模拟的方式,在近岸,特别是工程区附近的波浪模拟中,多采用时域解析的波浪模型(以下简称时域波浪模型)来进行计算。本文选取了两个具有代表性的近岸时域波浪模型,分别是基于Boussinesq方程的MIKE21BW模型和基于非静压浅水方程的SWASH模型,对两个模型的理论基础、计算流程、计算效率、后处理等方面进行了简单的介绍和对比,以期为工程中模型的应用和选择提供参考。

非静压波浪模型无反射造波

非静压波浪模型是一种近年来得到迅速发展且有望在工程计算中获得广泛应用的波浪模型。为了在非静压波浪模型中实现无反射造波,在连续性方程中添加了质量源项进行域内源造波,并采用阻尼消波方法进行数值消波。数值算例结果表明,所建立的无反射造波方法可以较好地避免非静压波浪数学模型中的二次反射,实现长时间稳定波浪模拟。

典型地形条件下的滨海工程波浪及波生流计算研究

波浪是滨海工程中需要考虑的主要水动力要素之一,直接影响滨海电厂防洪设计及码头等涉水工程的设计、运行。为研究波浪在典型近岸地形下的传播变化特点及波生流特性,选取具有代表性的近岸时域波浪模型,即基于非静压浅水方程的近岸波浪模拟(simulating waves till shore,SWASH)模型,对波浪在几种复杂近岸地形下的传播变形进行数值模拟计算,研究波浪在不同地形下的变化特点,可为分析研究滨海工程在类似地形条件下的波浪变化规律提供参考;同时探讨不同地形条件下波生流的基本特性,发现不同地形条件下产生不同形态的波生环流,可为进一步研究滨海工程区域的近岸地貌变迁、泥沙输运等提供依据。

决口海堤洪水波传播模拟和分析研究Ⅰ:方法和验证

选用水槽和港池物理模型方法以及已有的一些物理模型试验成果,结合SWASH模型,对孤立波在海堤斜坡上的爬高和越浪进行验证,确定合适的计算参数;计算和分析几种不同内坡形式的海堤堤顶决口,确定合适的海堤内坡边界条件。研究分析表明,验证后的SWASH模型可以用来进行海侧来波和陆域越堤波浪的联合计算,为决口海堤洪水波传播模拟和分析奠定了基础。

浅滩地形上波浪破碎对低频波能放大的影响

低频长波对港湾共振、泥沙输运、波浪爬高与越浪等过程有重要影响。采用非静压模型SWASH模拟了不规则波在浅滩上的传播及破碎过程,重点探讨了滩顶短波破碎程度对低频波能演变的影响。模拟结果显示,当滩顶短波处于临界破碎状态时,低频波能流沿浅滩持续增长,浅滩对低频长波的放大效应(滩后与滩前低频波能流之比)显著;当滩顶短波轻微破碎、破波仅发生在外破波区时,低频波能流的沿滩增长率进一步变大;当滩顶短波剧烈破碎、破波延续到内破波区时,低频波能流沿滩先增长而后转为衰减,滩后放大率较临界破碎时明显减小。研究结果表明,浅滩顶部水深改变了短波破碎程度,进而影响低频长波的演化过程,浅滩上长波总体增长率随滩顶水深的减小呈现先增大后减小的规律,在短波轻微破碎时最大。

长江口围垦工程越浪数值模拟研究

运用基于非线性浅水方程的SWASH模型对长江口围垦工程的越浪进行模拟研究。采用垂向结构提高了模型的色散性,使模型适用于深水区,考虑垂向加速度的作用,使浅水区域的模拟更加精确。根据实际具体工程对模型进行验证并与海堤规范计算结果进行比较。研究表明:该模型和海堤规范都能很好地对越浪量进行计算,模型计算结果更为精确,工程中栅栏板对波浪的耗散等还需在数模中进一步概化和优化。