三孤立波的斜坡爬高特征

该文采用推板式造波机和改进的Goring造波方法在波浪水槽中生成了由三个等波高孤立波组成的波列,首先在坡度为1/10的斜坡上进行了多个孤立波连续爬高的实验研究。实验测量了等波高双孤立波和三孤立波在等水深波浪水槽中传播和在斜坡上的爬高过程,给出了沿程多点浪高仪测量的波面时间序列和高速摄像记录的水线在斜坡上爬高与回落过程影像。分析了来波相对波高和无量纲波峰间距对每个孤立波爬高放大系数的影响。在基于RANS方程和VOF方法的数值波浪水槽中,模拟了三孤立波爬高过程,给出了最大爬高与破碎特征。实验和数值模拟结果表明,孤立波在斜坡上回落时会产生强劲的回流水流,该反向流动导致后随孤立波破碎,消耗波动能量,使得后随孤立波的爬高放大系数明显小于没有回落水流影响的首个孤立波的爬高放大系数。当孤立的波峰间较大时,若来波相对波高较小,后两个的孤立波爬高基本相同;若来波相对波高较大时,第三个孤立波的爬高大于第二个孤立波的爬高。     

三孤立波在缓坡上爬高及相互作用的实验研究

海啸波经极缓的大陆架传播至近岸浅水区时可激发由多个孤立波组成的波列。为了研究多个孤立波在斜坡上爬高和相互作用规律,该文选择坡度为1/20的斜坡模型在波浪水槽进行了等波幅三孤立波爬高的物理模型实验。采用大冲程推板式造波机和改进的Goring造波方法,有效地实现了不同波峰间距和不同相对波幅时等波幅三孤立波的造波。采用高速摄像机记录每个孤立波的爬高过程,得到每个孤立波的爬高值;定性分析了爬高过程中孤立波破碎及其相互作用对爬高的影响规律。实验结果表明:第二个孤立波和第三个孤立波受先导波回落水流的影响,破碎位置向离岸方向移动;首波的爬高放大系数基本不受后续来波的影响,其爬高放大系数与同等工况下单孤立波的测量值一致;第二个孤立波和第三个孤立波的爬高放大系数与相邻的波峰间距有关,当波峰间距增大时,爬高放大系数先减少后增加;当波峰间距增至某临界值后时,第三个孤立波的爬高放大系数将大于第二个波的爬高放大系数。最后,依据本次实验结果,提出了等波幅三孤立波在缓坡上爬高的经验公式。     

斜坡非淹没刚性植被影响下孤立波爬高的研究

该文通过物理模型实验和数值模拟研究了孤立波与斜坡上非淹没刚性植被的相互作用。物理模型实验在波浪水槽中进行,运用CCD高速相机测量了斜坡上波浪的爬高,分析了入射波波高和植被密度对爬高的影响,结果表明爬高与入射波高的比值近似为常数,其值取决于植被的密度。采用Boussinesq方程成功地模拟了波浪在斜坡上的传播变形及爬高过程:植被的阻水作用通过添加拖曳力项来实现,底床摩擦阻力系数通过模拟孤立波在无植被影响斜坡上的爬高确定,根据实验数据校核数值模型得到不同入射波高下植被的拖曳力系数。研究发现孤立波作用下斜坡上植被的平均拖曳力系数与平底床恒定流的情况并无明显差异。     

植物带影响下孤立波沿程波高衰减特性试验

鉴于近岸植被对孤立波的阻力效应能有效降低其波能,开展综合考虑根茎叶影响的植物带消波试验,探究植物带影响下孤立波沿程波高衰减特性。当孤立波非线性大于0.11时,茎作用下孤立波沿程波高衰减特性与指数函数以及幂函数规律并不一致。当淹没度为0.67时,根茎共同与茎单独作用下孤立波沿程波高衰减趋势基本一致。当淹没度小于0.67且孤立波非线性不小于0.30时,茎叶作用下孤立波沿程波高服从指数函数以及幂函数衰减规律。非淹没情况下,随着分布密度的减小,孤立波沿程波高衰减强度减小,植物带消波边界效应减弱。研究表明,相比根茎,叶对孤立波沿程波高衰减特性影响更大。根茎叶以及分布密度对孤立波沿程波高衰减特性的影响与淹没度和孤立波非线性有关。     

孤立波浅化过程的SPH数值模拟

本文应用光滑粒子流体动力学(SPH)方法建立了二维数值波浪水槽,研究了孤立波沿斜坡的传播、变形和破碎过程。通过数值计算分析了波浪沿斜坡传播过程中自由表面的变化特征,给出了斜坡上不同位置处波面变化的历时曲线,并应用文献记录的试验结果对数模结果进行了验证。得到了波高的沿程变化趋势、破波点的位置和破碎波高以及不同破碎形态下波浪自由表面的变化特征,显示了SPH方法在处理较复杂自由表面流动问题方面的优越性。     

南海东北部陆架波折处潮-地作用激发非线性内波的数值模拟

南海东北部陆架波折处是大振幅内孤立波的频发地带.普遍的观点认为,这些内孤立波主要源自于吕宋海峡处潮流与海脊的相互作用;而对局地潮流-陆架波折相互作用的生成过程了解较少.本文通过一个二维非静力近似海洋数值模式,模拟了南海东北部陆架波折处潮流-地形相互作用激发内波及内波的演化过程,探讨了潮流周期、跃层深度对内波生成过程的影响.研究表明,潮流与地形相互作用能够激发向岸传播的内孤立子波列,证实了该海区内孤立波局地生成的可能性,但是相比于从吕宋海峡处传入的大振幅内孤立波,局地生成的内孤立波振幅要小得多.     

非淹没刚性植被影响下孤立波在岸滩上的爬高

为探究海岸刚性植被对海啸波的削弱效应,通过物理模型试验和数值模拟研究了孤立波与不同坡度岸滩上非淹没刚性植被的相互作用问题。物理模型试验在波浪槽中进行,测试了不同的入射波波高、植被密度和岸滩坡度对孤立波爬高的影响,并运用物理模型试验数据校核改进后的Boussinesq方程,得到植被的拖曳力系数。结果表明:拖曳力系数随植被密度的增大而增大,随坡度增大而减小;植被后的无量纲透射波高和无量纲岸滩爬高随着无量纲的入射波高的增大而减小,随着植被密度的增大而减小;当岸滩坡度增大时,无量纲透射波高增大而无量纲爬高并无显著差异。最后根据回归分析得出了岸滩爬高与相对入射波高、植被密度和岸滩坡度的幂函数型经验关系式。     

台阶形陆架上孤立波传播的数值模拟

为了研究孤立波在带有陡升台地的陆架上的传播,用MAC方法求解了二维纳维尔-斯托克斯方程。本文在以下几点,改进了东京大学提出的修正的网格标记法:1.给出交错网格的新的标号系统;2.推导出自由表面上非规则星的新的压力迭代公式;3.对流函数、压力和速度使用了三值悬旗;4.把一维Burgers方程的部分守恒形式扩展用于二维N-S方程。这些使得程序更简单和精确。计算结果证卖,物理上很好地解释了孤立波的传播,入射波分成了反射波和透射波,然后开始分裂、破碎。 本文计算结果与线性波理论的结果很一致,但后者不能给出波运动的过程。     

作用于直立堤墙与桩柱的波峰高度分析计算

直立堤墙和桩柱波峰面高度的计算方法分散于现行港口与航道水文规范中的波浪荷载计算条文内,相关公式不直观,分析计算不够方便。结合规则波无因次周期与相对水深的关系等,经进一步分类推演,"析出"作用于直立堤墙和桩柱的波峰高度与波高关系的计算公式与图表,便于使用与查算;针对电力工程中波峰面高度计算可能遇到的问题展开讨论,提出分析计算的相关建议,以求在工程实践中准确计算与合理取值。     

流对浅水波在缓变地形上传播的影响

孤立波在缓变地形上传播,将发生折射。在这一过程中加入流的影响将使传播过程更加复杂。本文采用有流影响的变系数二维KdV方程来描述这一现象。通过数值计算,文中给出了孤立波在斜坡海岸、水下圆岛等两种地形上有流及无流情况下,和旋涡流场中的折射的时间历程。并讨论了流对孤立波分裂、折射及传播速度的影响。     

Ship bow waves

The bow wave generated by a ship hull that advances at constant speed in calm water is considered. The bow wave only depends on the shape of the ship bow (not on the hull geometry aft of the bow wave). This basic property makes it possible to determine the bow waves generated by a canonical family of ship bows defined in terms of relatively few parameters. Fast ships with fine bows generate overturning bow waves that consist of detached thin sheets of water, which are mostly steady until they hit the main free surface and undergo turbulent breaking up and diffusion. However, slow ships with blunt bows create highly unsteady and turbulent breaking bow waves. These two alternative flow regimes are due to a nonlinear constraint related to the Bernoulli relation at the free surface. Recent results about the overturning and breaking bow wave regimes, and the boundary that divides these two basic flow regimes, are reviewed. Questions and conjectures about the energy of breaking ship bow waves, and free-surface effects on flow circulation, are also noted.     

浅水区波浪的破碎指标

基于对波浪破碎的几何学、运动学及动力学三种指标的分析比较和观测资料的验证,本文提出可以合田良实的结果为基础修正Miche的H/(Ltanhkd)=α值,并提出了适用于纯波及波浪水流共存时的临界α值。它们比Miche的0.142值为小,这一结果已为实验所证实。     

大型海洋结构物的非线性绕射效应

本文在空间上应用面源法,在时间域上应用步进法,数值处理了三维物体与非线性波浪的相互干扰,研究了结构物的非线性绕射效应。首先,作为比较,求解了正弦波列和孤立波绕射垂直桩柱的情形。接着,进一步求解了大振幅波浪绕射固定在自由面上的大型浮动码头的工程实例。结果表明,非线性波浪绕射力与线性结果,有一定的差别。有时,尽管从总体效应来看,这种差别不十分明显,但从上浪、出水和波的爬高以及局部应力等局部效应来看,这种差别可能很明显。     

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。     

THE FREQUENCY MODULATION OF SHORT WAVES BY NON-UNIFORM VELOCITY FIELDS

l.INTRODUCTlONScientistshavelongbeentryingtounderstandthemechanicsofocean,particularlythemotionofwaves,currentsandtides.Inthepastthemainreasonforthisscientificpursuithasbeenthesafetyofships.Recently,incoastalandoffshoreengineering,someurgenttaskshavebeenencountered:thedesignofoffshoreoilrigs,problemsofcoastalerosionandimpact,inshoreandoffshorepollutiontransportation,andsoon.Therecentdevelopmentinremotesensingtodetect,fromSyntheticApertureRadar(SAR),radarwavesBragg-scat-teredbythesea'sfr…     

瞬态面波在引水线路勘察中的应用

瞬态面波勘察方法是近年来发展很快的一种物探方法, 应用于探查覆盖层厚度、基岩埋深等.根据实地地质情况与勘探目的,结合地质资料采用瞬态面波技术能经济、快速、有效地为工程地质勘探提供可靠资料.总结瞬态面波勘察方法在桂中治旱乐滩引水线路的勘探情况,根据该法解释出的波速界面与钻探资料所呈现的岩性差异界面基本吻合,证明该法解决此类地质问题的可行性.     

瞬态瑞雷波法在瀑河水库工程中的应用简

瑞雷波勘探技术被广泛地应用于工程勘察中,该方法分为稳态瑞雷波法和瞬态瑞雷波法两种。稳态瑞雷波法因其配备一套稳态的激震设备,价格昂贵,全套设备很笨重,使这种技术的应用和推广受到一定的限制,然而瞬态瑞雷波法技术因其设备价格较为合理,整套设备便于移动,具有野外采集方便、快捷、浅层分辨率高的特点,越来越受到工程勘察界的重视。本文阐述了瞬态瑞雷波勘探技术在瀑河水库除险加固工程中的应用效果。     

NUMERICAL SIMULATION OF EXTREME WAVE GENERATION USING VOF METHOD

Numerical simulations of extreme wave generation are carried out by using the Volume Of Fluid (VOF) method. Extreme waves are generated based on wave focusing in a 2-D numerical model. To validate the capability of the VOF-based model described in this article, the propagation of regular waves is computed and compared with the theoretical results. By adjusting the phases of wave components, extreme waves are formed at given time and given position in the computation. The numerical results are compared with theoretical solutions and experimental data. It is concluded that the present model based on the VOF technique can provide acceptably accurate numerical results to serve practical purposes.     

珊瑚岛礁护岸对礁坪上极端波浪传播特性的影响

极端波浪要素是珊瑚岛礁护岸工程设计的重要参数。利用大比尺波浪水槽,采用1: 15的模型比尺开展试验,从波浪形态、增水、波速、波谱等方面研究了珊瑚岛礁护岸对礁坪上极端波浪传播特性的影响规律。护岸工程产生了明显的阻水效应:对于波浪形态,反射波的影响使得波浪在礁缘破碎更为剧烈; 显著增加了礁坪增水,最大增水值是自然地形下的4倍,影响在波周期较短时更为显著; 减小了波速约20%~35%,其影响随波周期的减小而增强; 对于波谱,护岸的存在使得波浪的非线性相互作用更加复杂,降低了波浪在礁缘处的主频能量,但同时增大了礁坪上的主频及高频能量; 护岸距礁缘距离对堤前水位具有重要影响,随该距离的增加,堤前时均水位先增加后降低。     

百色水利枢纽弹性波测试成果浅析

通过百色水利枢纽在可行性研究阶段、初设阶段及招投标阶段对坝区岩体声波、地震波测试成果数据进行归纳、总结,得出坝区主要建筑物地基的辉绿岩岩石坚硬、致密、完整,纵波速度大,动弹模量高;硅质岩浅部岩石风化、节理、裂隙发育,纵波速度小;深部(0.8m以下)岩石新鲜、完整,纵波速度大等结论。为地质和设计部门评价坝区岩体提供定量、准定量依据。