波浪折射、绕射与反射联合运算简介

港内波浪常受防波堤、码头和海岸边界以及航道、浅滩水深地形的影响而引起绕射、反射与折射。通过物理模型试验研究港内波浪往往既花钱又费时。自60年代开始,法国Biesel最早提出采用积分方程法计算港内波浪的数学模型。70年代,日本伊藤、谷本提出了数值波动解析法,即差分法计算港内波浪的数学模型;荷兰Berkhoff提出了折射、绕射联合运算的有限元数学模型;美国Houston提出了混合元数学模型;苏联提出了能量平衡法数学模型;丹麦Abbott提出了Boussinesq     

近岸波浪的Boussinesq型方程模拟及其应用

该文首先对近岸波浪数学模型的研究、发展、应用进行了回顾和总结,对各类波浪数学模型的特点进行了简单分析。基于改进的Boussinesq型方程建立了一个完整的近岸波浪数学模型,通过对方程的拓展,综合考虑了模型的造波、消波、动边界处理、波浪破碎等问题。拓展后的数学模型用P-C（预测-校正）法进行数值求解,计算效率高、稳定性好。采用两个经典地形试验数据对模型进行了的验证,数值结果和实验值吻合较好。最后,利用该模型进行了某渔港港池内波浪条件的数值模拟,给出了不同时刻港池内的波面情况,得到了合理的结果。     

一维短波的数学模拟

通过一维短波的数学模拟,研究了短波方程——Boussinesq方程性质,适用范围和差分解法。 提出了一个隐式差分格式。截断误差分析表明,为了保证差分方程中各项精度的一致,引入一个误差修正项是必要的。分析了差分方程的耗散性和频散性以及Boussinesq项和修正项对它们的影响。观察了波浪槽中一维波浪传播,实测资料和有修正项的Boussinesq方程的计算结果一致。     

数字波浪槽在防波堤预设计中的应用

传统的以物理模型进行的防波堤断面实验被以计算机进行的数字波浪槽代替,边界造波为Bretschneider/Mit-suyasu波浪谱,防波堤断面根据海港水文规范(简称“规范”)设计。以改进的Boussinesq波浪方程,通过引入波浪反射项以数值模拟实现了波浪在水槽中传播的全过程。通过数值水槽获得了波浪在本文防波堤断面前0.45的反射系数,将数值模拟的结果和规范中的反射系数进行了对比得出,数字波浪水槽有满意的精度以及在规范中使用了一定的安全系数,表明数字波浪槽在防波堤的预设计中有重要作用。     

波浪传播数值模型波向角计算

波浪传播变形数值模型的抛物型近似在近海工程大范围水域的波浪推算中应用十分广泛，本文就抛物型缓坡方程（PMSE）数值计算中波浪方向的计算作了分析。首先从椭圆型缓坡方程（MSE）推导了波向角的计算方法；然后介绍大范围水域波浪折射绕射传播变形缓坡方程的抛物型近似法以及波向角的计算；最后，利用抛物型缓坡方程和椭圆型缓坡方程法分别对Berkhoff实验室地形条件下波浪场进行计算，比较两种方法计算得到的波向线图。比较结果显示抛物型缓坡方程法计算波向角结果与椭圆型缓坡方程法计算结果是一致的，抛物型近似法计算波向角是可行的。     

防波堤前波浪引起的水流

用线性抛物型近似的缓坡方程 ,计算了波浪入射角分别为 10°、2 0°和 3 0°时 ,平底和斜坡地形上直立式防波堤前的波浪场 .并以此波浪场为输入条件 ,分别计算了由欧拉流和 Stokes流组成的质量输移流以及辐射应力流 .计算表明 ,防波堤前的波浪场、水深、地形和波浪入射角对波浪引起水流的影响 ,应引起工程界的充分关注     

新型高阶Boussinesq水波方程

从经典的Boussinesq方程出发，引入两个参数并对方程中的部分项进行替换，通过严格的数学推导给出量级为O(εμ2)的高阶非线性项，得到一种新型的高阶Boussinesq方程。该方程的色散关系比经典Boussinesq方程提高了一阶，变浅作用性能也得到了改善，方程的适用范围由浅水达到中等水深。利用Crank-Nicloson格式的有限差分法对方程进行数值模型在一维方向上进行离散计算，建立了高阶Boussinesq方程的数值模型。为验证数值模型的正确性，将数值计算结果与Zou等(2001)的物模试验结果以及Beji与Nadaoka方程的数值结果进行对比，本文的数值结果与试验结果吻合程度较好，表明本文方程可适于模拟变水深下的波浪场数值模拟。     

扩展型Boussinesq水波方程的一种改进有限体积/有限差分混合算法

为高效数值求解扩展型Boussinesq水波方程,采用一种近似变换方法,将动量方程中的混合导数项变换为纯空间导数项,建立了一种基于原始变量的新的守恒形式方程。对守恒形式方程中的通量项采用基于二阶迎风TVD格式的有限体积方法进行求解,时间导数项采用具有TVD性质的三阶龙格-库塔多步积分方法进行时间积分,剩余项采用中心差分方法进行计算,发展了扩展型Boussinesq水波方程的一种简单高效的混合有限体积/有限差分求解方法。该方法具有数值格式构造过程简单、无需可调参数、数值稳定性强等优点。利用典型波浪传播算例对数值模型进行了验证,计算结果与文献实验数据吻合良好。     

高阶Boussinesq水波方程数值模型及其与实验结果的对比

本文建立了基于预报-校正差分格式的高阶Boussinesq方程数值模型，进行了有沙坝地形上非线性波浪传播的物理模型实验，检验了数值模型和高阶Boussinesq方程的精度。研究了非线性波浪在有沙坝地形上传播的特性，分析沙坝坡度和水深的影响。     

近岸波浪及沿岸流数值模拟研究

利用抛物型缓坡方程计算波浪场,并以波浪辐射应力为近岸动力因素,建立深度平均的二维近岸流的控制方程。运用该近岸流方程,对美国Santa Barbara Leadbetter海岸波浪斜向入射所产生的波浪场及波浪破碎所形成的沿岸流进了数值模拟,其中抛物型缓坡模型采用Crank-Nicolson格式进行数值离散,近岸流方程采用ADI差分格式离散。与现场实测资料的对比表明,无论考虑或不考虑波浪非线性因子,模拟结果与实测结果均吻合良好。     

潮汐河口挖入式港池淤积研究

通过分析和模型试验明确了潮汐河口挖入式港地的淤积机理，得出了港池淤积量的计算方法。文中还分析了口门方向对淤积量的影响。利用本文提出的计算方法对宝山钢铁厂成品码头的淤积量进行了估算，所得结果与实测基本一致。     

Remediation of contaminated sediments in Oslo Harbour,Norway

During the past 60–70 years, contaminated sediments from local rivers have been settling in the harbour basin of Oslo. This contamination, combined with that from other harbour activities, has developed into a serious pollution problem with both organic and inorganic contaminants. Since 1992 dredging activities have been restricted until the effect of dredging was determined and a safe disposal was found for the sediments. Because of this restriction, a conflict situation arose in terms of decreasing sailing depths, and dispersal of large quantities of contaminated sediments into the water column each day from ship traffic. A complete plan of action to remediate Oslo Harbour was started in 1994 and delivered to the State Pollution Control Authority (SF1) in August 1996. An evaluation of environmental risks connected to the remediation work has been carried out along with the determination of the requirements for the monitoring programme during and after the work. Preliminary evaluation of dredging techniques indicates that mechanic/hydraulic equipment will cause the least dispersion of sediment. Several options for treatment of the sediments have been evaluated. Study results point out that conditioning prior to disposal of the sediments in a confined disposal site in the harbour area, is the most cost effective solution. Seven disposal sites with a capacity of 0.5 mill. m³ have been identified. Two of the sites are integrated with a subsea road tunnel crossing the harbour basin. The other disposal sites will serve as new dock area after closure.     

Modelling algae transport in coastal areas with a shallow water equation model including wave effects

The transport of algae in the marine environment is becoming a major issue for integrated sustainable coastal management and can be nowadays investigated through numerical modelling. The Shallow Water Equations are a suitable tool for this purpose. In the framework of the present study, they are used to perform predictions of algae transport in the vicinity of a harbour, combined to a 3rd generation spectral wave model to take account of near-shore currents induced by wave breaking in the surf zone. The simulated paths of algae have been proved to be very sensitive to the effects of those wave-induced currents and exhibit a behaviour in acceptable agreement with on site observations. In particular, the effects of waves on currents is required to qualitatively predict the large recirculation pattern observed in the vicinity of one of the dykes of the harbour. This recirculation is suspected to be one of the major mechanisms of algae dynamics in this area of the coast. Stochastic (random-walk) diffusion was also tested to account for local dispersion of algae due to large turbulent eddies.     

THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL SIMULATION OF WAVE SLAMMING ON AN OPEN STRUCTURE

The three-dimensional numerical simulation of wave slamming on an open structure in the splash zone is carried out based upon the Volume Of Fluid (VOF) method.A wave basin is established by solving the...     

非线性地基上桩结构物空间分析

本文提出了桩结构物－非线性地基空间相互作用分析的迭代法和非线性有限元法。其中，桩基分析用ｐ－ｙ曲线法。结合实际结构物进行了大量的计算及比较分析，成果是令人满意的，可以付诸应用。     

台州湾近海海域波浪要素特征分析

波浪要素的观测及分析对港口码头设计、航道建设、围垦工程等都尤为重要。为研究台州东部新区临时航道疏浚工程对周边涉水工程的影响,采用SZF型波浪浮标,在工程海域进行为期一年的波浪观测,并对实测的波浪要素进行统计分析。结果表明:台州湾全年以东北向波浪居多,东向浪最大,可高达5 m。波高主要集中在0.5 m~1.0 m范围,波周期集中在3.0 s~4.0 s范围。春季浪向分散,夏季浪向集中在S向,秋冬季浪向相似,N为主波向。受台风影响,夏秋季有大浪出现。     

Simulation Modeling of Runoff,Groundwater Flow and Sediment Transport into Kastoria Lake,Greece

Kastoria Lake is located in northwestern Greece. The whole basin of the lake is about 253 km². For the computation of the surface water volume inflowing into the lake from the main streams of the sub-basins located around Kastoria Lake, a rainfall-runoff sub-model is used. A quasi-three-dimensional simulation model of the Kastoria basin aquifer is also realized, in order to estimate the groundwater contribution to the volumetric budget of the lake and the whole basin as well. For the computation of sediment load inflowing into the lake from the main streams of the sub-basins, the rainfall-runoff sub-model is combinedwith a soil erosion sub-model and a sediment transport sub-model for streams. A GIS was developed in the hydrologic basin with all data needed for parameter identification and model application. The data base was enriched by a series of on site measurements of water discharge made in all main streams for one whole hydrologic year. By means of the resulting mathematical sediment model, those sub-basins, which deliver most sediment load to the lake, are identified. On the basis of this identification, a series of control measures, for the reduction of sediment inflowing into the lake, at certain places of the above mentioned sub-basins is proposed.     

基于WetSpa模型的设计洪水计算

分别根据长期的流量资料、广东省推理公式法,基于WetSpa分布式水文模型,推求广东省流溪河水库流域设计洪水。基于WetSpa模型推求设计洪水结果与广东省推理公式法相比,基于WetSpa模型推求设计洪水结果比根据长期流量资料计算结果更接近,说明基于WetSpa模型推求设计洪水是可行的。利用WetSpa模型推求设计洪水只需要知道流域的DEM、土地利用类型、土壤类型以及少量的降雨洪水资料。流域的DEM、土地利用类型、土壤类型数据可通过互联网免费下载,所以WetSpa模型为短缺资料地区推求设计洪水提供了新的参考。     

淤泥质海岸环抱式港池口门布置方案研究

以资料分析为基础,利用数学模型计算分析的手段,针对当地旋转流和黏性泥沙的运动特性,从水流、泥沙角度对连云港徐圩港区港池布置方案中的口门位置、口门宽度和布置形式进行了论证。分析认为,由于岸滩坡度较缓,大风天破波带影响范围较广,同时被波浪掀起的细颗粒泥沙可被潮流远距离输送,因此从减小泥沙回淤角度来看,港池应采用双环抱形式,而口门应布置在连云港理论基准面高程-5 m(破波区)以外,以此可以降低破波带内悬浮泥沙进入港池和外航道的可能性。同时分析论证认为,初期方案口门不宜过窄,以减小口门的水流强度;口门采用"八字"型布置,可以提高口门航道船舶航行和近口门泊位靠离泊的安全性。上述港池布置方案建议已被设计院接受并在实施方案中体现,可供类似港口布置方案借鉴参考。     

大窑湾潮及悬浮物沉降扩散的数值模拟

本文结合大窑湾港区建设的实际工程，计算了大窑湾潮流场及悬浮物浓度的沉降扩散。采用垂向平均的二维潮流场模型，其开边界条件考虑了海湾内潮波反射的影响，潮流场的计算结果与实测值比较符合。对具有沉降项的悬浮物浓度对流扩散方程也采用垂向平均处理，给出了其合理的表达，结合潮流场的实测及计算数据，确定了沉降项中的参数，计算的浓度分布结果为工程环境评价提供了有益的依据。