波浪驱动下的近岸流数值模拟

波生沿岸流是近岸流场结构中的重要组成部分,也是近岸泥沙搬运和水环境输移的重要动力因素。建立了基于波浪辐射应力的平面二维波浪潮流数学模型,采用近似黎曼解的Roe格式有限体积法对模型求解。通过对概化模型试验不同波浪入射下的沿岸流模拟,并与已有模型成果对比,验证了模型应用的广泛性和正确性。重点分析了不同潮滩坡降对沿岸流的影响,并得到沿岸流的一般规律性认识。结果表明,岸坡越陡,近岸沿岸流越大,水位波动也越大,缓坡上波生沿岸流影响的范围明显大于陡坡。     

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。     

沿岸流的实验研究

本文研究了缓坡海岸（坡度为1：100和1：40）沿岸流及波浪增减水的模型实验。讨论了沿岸流和波浪增减水的模型实验。讨论了沿岸流和波浪增减水的模型实验方法，给出了沿岸流，波浪增减水和波高沿海岸剖面的分布。     

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。     

近岸海域电厂温排水数值模拟

 建立了守恒性好且能贴体模拟工程区域的二维水流-温水扩散数学模型,采用三角形网格划分计算区域,有限体积法求解水深积分方程。通过实测潮位潮流资料验证了模型的合理性,并在此基础上对近岸海域某电厂温排水的空间分布进行了预测计算,其结果为电厂设计和环境评价提供了依据。     

波生沿岸流数值模拟研究及其实验验证

本文在高阶近似抛物化缓坡方程求解大面积波浪场基础上，利用辐射应力的概念建立了波生沿岸流模型。通过与不同斜坡地形条件下具有不同 波高、周期的规则波及不规则波生流的物理模型实验结果比较，验证了数学模型应用的广泛性和正确性。本文着重分析了数学模型中水平涡粘系数的确定，并得出了沿岸流的一些规律性结论。     

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。     

结合河口治理分析改善唐山近岸海域生态环境

本文提出采取工程措施对河口段进行清淤整治,清除受污染底泥,净化近岸海域水质。合理规划河口堤线,修复受侵蚀岸滩,控制污染物排泄入海,改善近岸海域水生态环境。     

斜向流作用下波浪的变形及破碎

当波浪自无流区斜向进入有流区后，不仅波要素发生变化，波浪传播方向也发生变化，即产生折射．作者曾根据线性波浪理论计算了波浪折射后的波要素变化情况。作者也曾通过实验分析和理论计算对正向流作用下波浪的变形及破碎问题进行过详细的研究．为了进一步研究波浪折射对变形及破碎的影响，本文计算和分析了外向流作用下缓坡上规则波浪和不规则波浪的变形及破碎过程，取得了以下两方面的成果：１）正向流作用下波浪的破碎指标及研究方法可以应用于斜向流情况；２）波浪的折射在一般情况下使波高降低，从而使破碎点向浅水方向推移。     

波浪作用下悬移质泥沙运动的两相流数值模型

该文采用基于水沙两相紊流的数值模型对波浪作用下的悬移质泥沙运动进行研究。基本方程中将水相和颗粒相通过相间作用力进行耦合,合理地考虑了相间相对运动的影响。数值计算方法为有限体积法,对流项处理利用了三阶精度的QUICK格式,离散方程组求解采用的是TDMA迭代方法。计算得到的悬移质泥沙垂线时均计算值与不同尺度的水槽实验数据吻合很好,表明数学模型及其计算方法对于低浓度水沙两相问题是合理的。该研究还探讨了悬沙浓度、泥沙沉降速度以及各种相间作用力随时间的分布规律。     

椭圆型缓坡方程的微机群集并行数值模拟

提出了椭圆型缓坡方程的一种并行数值模拟方法，并在微机群集并行系统上进行了数值实现。为了验证方法的精度和效率问题，对两种典型缓坡地形上的波浪传播变形进行了数值模拟。与对应的串型算法得到的结果比较表明，本文的并行数值方法不仅可以提高数值模拟效率，而且可以大大减少单机的存储容量，从而使该系统可以进行更大区域的波浪变形的数值模拟。     

极平缓岸坡上的底部波能损耗

本文分别分析与计算了波浪在粉沙质海床、沙纹海床和淤泥质海床上传播时波高的衰减。研究表明，波浪在粉沙质海床上传播的渗透损耗可以忽略不计；波浪在沙纹海床上传播的底摩阻损耗比平滑粉沙底床上传播的损耗大，前者的摩擦系数约比后者值大一个数量级。波浪在淤泥质海床上传播的能量损耗最大，其损耗机遇也很复杂。为了便于比较，将波浪在淤泥质海床上的衰减换算成等价摩擦系数。并运用宾汉模型和波浪作用通量守恒原理计算了波浪在极平缓淤泥质海滩上传播时的衰减及沿程等价摩阻系数。与连云港波浪观测资料对比，符合较好。此外。理论计算发现沿程等价摩阻系数与水深关系较大，由深水至浅水逐渐增大，且水深越浅，增速越快。     

新抛物型缓底坡波动方程

应用变分原理导出修改抛物型缓底坡方程和扩展抛物型缓底坡方程。通过数值模拟方法数值求解具体地形上的波浪折射绕射，同Kirby抛物型缓坡方程的线性方程和非线性方程进行比较。结果表明新的抛物型缓底坡方程具有适用性。提供了一种模拟波浪折射绕射的新方法     

应用非线性色散关系数值求解双曲型缓坡方程

在经典双曲型缓坡方程的基础上，通过引入非线性色散关系，使其能够有效地考虑波浪的非线性影响，数值格式的改进使方程的数值求解快速高效。将非线性色散关系和改进后的数值格式用于经典的椭圆形浅滩上的波浪变形计算，取得了比较满意的结果。     

沙坝海岸上裂流的数值模拟

建立了基于二阶完全非线性Boussinesq水波方程的二维波浪破碎数值模型,对沙坝海岸上产生的裂流进行了数值模拟研究。首先将文献[1]中给出的一组二阶完全非线性Boussinesq方程进行扩展,在动量方程中引入紊动粘性项模拟波浪破碎引起的能量耗散,采用窄逢法处理海岸动边界问题,并考虑了混合子网格效应以及水底摩擦。然后,在矩形网格上离散控制方程,采用有限差分方法和混合四阶Adams-Bashforth-Moulton预报矫正格式建立了数值模型。应用所建立模型对一带沟槽沙坝海岸上产生裂流的实验进行数值模拟,将计算的波高、增减水、时均流速、时均流场等与实验数据进行了比较。数值结果与实验结果吻合较好,这说明建立的数值模型是准确有效的,为下一步应用该模型模拟实际海岸上的裂流提供了研究基础。     

不恒定非均匀流场中随机波的折绕射联合数学模型

根据考虑流影响的缓坡方程，运用波动叠加原理，导出了一种适合大范围缓变地形情况下，不恒定非均匀流场中随机波的折绕射联合的数值模式。应用该模式进行了概化的半椭圆斜坡海底及渤海湾西部海域不恒定非均匀流场中随机波传播的折绕射联合的数值计算，获得了比较满意的结果。     

Simulation of wind-driven circulation and temperature in the near-shore region of southern Lake Michigan by using a channelized model

To enhance the efficiency of a pathogen forecasting model in the beach areas of southern Lake Michigan and to reduce the computation time, the near-shore current is approximated as a channelized flow parallel to the shorelines in clockwise or anti-clockwise direction within the accuracy tolerance range. A channelized model with a curvilinear boundary can significantly reduce the computation effort, and at the same time achieve a good agreement between the predicted and measured water surface elevations, currents, and water temperatures. The sensitivity analysis results show that the suitable channel width for the near-shore region of southern Lake Michigan should be no less than 10 km. The modeling results of the water temperature are much less sensitive to the channel width than those of the current velocity and the water surface elevation. The modeling results also show a close correlation between the speeds of the wind and the near-shore current. The current may fully respond the wind stress with a time lag of several hours. The correlation may provide an approximate estimation of the lake circulation under some wind conditions for a practical forecasting purpose. More complex wind-current relationships need to be described with a more sophisticated hydrodynamic model. This verified model can be used for the pathogen forecasting in the near-shore regions of southern Lake Michigan in the future.     

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。