波浪形态及方向分布对港域波浪传播的影响

航道开挖会对波浪的传播产生显著影响,使港内波浪及泊稳条件发生变化。依托物理模型试验结果,验证了MIKE21中BW数值模型的合理性,证实二者结果吻合良好,随后利用该模型对比分析了在规则波、单向不规则波以及多向不规则波作用下,港域波浪扰动系数的分布规律及区别。结果表明：小角度入射波浪下,单向不规则波与规则波在航道迎浪面边坡发生的波能聚集现象明显强于多向不规则波;多向不规则波的方向分布对波浪在航道中的传播产生影响,波浪方向分布范围越窄,航道的折射效应及能量汇聚过程也越明显,航道边坡上的扰动系数也越大。因此在实际工程的航道设计中,应该考虑到不同形态波浪及多向波方向分布在航道传播过程中的差异,尤其在某些涌浪作用较强、波浪能量分布较为集中的港域,以单向不规则波甚至是规则波作为入射波浪将更加合理安全。     

东澳湾防波堤工程波浪物理模型试验研究

东澳湾防波堤工程是珠海市海岛开发重要的基础设施,对珠海市发展居民海岛具有重要意义。在原型观测资料统计、数值模拟技术的基础上,采用波浪整体物理模型试验方法,研究东澳湾波浪特征及工程响应,为东澳湾防波堤工程设计方案比选与优化提供科学依据。试验结果表明,天然条件下,偏E向浪在湾口北侧形成波能辐聚区,湾口有效波高呈北高南低之势。防波堤建成后,东澳湾波浪场大致可分为4个典型区域:北侧湾口近岸波浪反射增强区、湾口南侧折射绕射区、湾口波浪绕射折射叠加影响区、湾内折射反射振荡区。在改善湾内波浪条件方面,方案之间差别较小,但单航道(方案二)防波堤堤头受波生流绕射及斜向浪冲击影响,结构失稳。总体来看,在掩护效果接近情况下,双通道防波堤方案(方案一)无论是在结构安全方面,还是集约航道、岸线资源方面均优于单航道方案。     

莺歌咀附近岸段沿岸输沙率的计算与分析

作为评估海岸工程设计是否合理的理论依据之一,沿岸输沙率的计算与分析必不可少。在沿岸输沙波浪要素计算时,采用波向线法,并进一步考虑流和潮位对折射系数的影响,得到较为准确的波浪要素。根据得到的波浪要素,采用波能流法计算沿岸输沙率,用实测资料进行验证,并与已有结果进行比较,具有较好的一致性。将该数值计算方法应用于莺歌咀附近岸段沿岸输沙率的计算,对工程区域的泥沙运动规律进行预测和分析。     

台风浪对长江口深水航道骤淤的影响研究

概述风暴对长江口航槽短期地形变化的影响和研究现状，将缓坡方程、Boussinesq方程和动谱平衡方程进行分析比较，选择后者做为长江口台风浪数值预报模式。介绍球坐标下动谱平衡方程模型及方程右端源汇项的处理方法，以9912号台风对波浪数值模型进行验证。数值预报EES向20m/s风场下深水航道水域波浪要素：有效波高分布和波浪水质点底部轨迹运动速度分布。由泥沙起动底流速公式得到深水航道水域底沙起动底流速场，根据长江口波浪水质点底部轨迹运动速度的均方根值与泥沙的起动底流速之差的分布场进行骤淤机理分析。结果表明在EES向20m／s风场作用下横沙浅滩和九段沙浅滩的大部分水域底部泥沙将被掀扬至水体，部分泥沙在跨槽水流带动下会进入航道而造成严重淤积。最后提出研究长江口深水航道风暴骤淤问题的进一步工作。     

台风风浪对长江口航道影响的模拟分析

针对台风风浪对长江口航道淤积的影响,运用Delft-SWAN建立了长江口波浪场数值模型,并以9912号台风对模型进行了验证。根据统计资料,选取两个代表性风速,分别计算长江口在夏季普通风作用下和台风风暴作用下波浪要素,根据计算结果,分析波高在两种级别风速影响下分布的差异,以及对航道通航的影响。特别计算了台风作用下波浪水质点近底运动速度与长江口口门床面泥沙起动速度之差,从而对台风产生淤积的机理进行了分析。计算结果表明：台风不仅引起长江口航道波高剧增,而且巨大的波能冲刷滩地掀起大量的泥沙进入航道淤塞水道,直接影响了通航。     

华南沿海防浪林带种植宽度对消浪效果影响的试验研究

相关研究表明:植物带的宽度是影响防浪林消浪效果的主要因素。为此,本文依据华南沿海的实际情况对防浪林树种、波要素、滩地坡度等进行了选取,精细模拟了防浪林带不同宽度时波浪对海堤的冲击及爬高情况,深入分析了破碎波条件下防浪林带宽度对消浪护堤效果的影响,研究成果可供类似人工防浪林设计参考。     

应对超高水位的海堤加高方案波浪模型试验研究

通过对波浪越浪量、波压力等要素的测定与分析,对超高水位及相应台风大浪下的海堤加高方案进行了初步探索。试验实例表明,在堤顶内侧设置一定高度的挡墙可挡住越浪水体下部的楔形连片水体,从而有效减少作用于海堤背坡的越浪量,该例中堤顶内侧挡墙的实测最大越浪压力达到148.8 kPa,作用位置可在挡墙底部或近底部。     

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。     

柔性浮式防波堤消浪特性研究

针对圆柱形柔性浮式防波堤的消浪效果展开断面试验研究,分析其在规则波和不规则波作用下的消浪特性。通过大量水槽试验给出了圆柱形柔性浮式防波堤透射系数、反射系数、衰减系数与锚固方式、试验水深、相对宽度的变化关系。研究结果表明:该结构形式的浮式防波堤对短周期波浪消浪效果明显,而对长周期波浪消浪效果不佳;锚固方式和水深对消浪效果的影响较小;相对宽度是影响消浪效果的主要因素。研究成果可为由该结构连接成的"V"形浮式防波堤的锚固方式和摆放角度的设计提供参考。     

航道水沙要素移动测量技术研究综述

航道水沙要素具有强时变、非线性、随机性等特征,大范围时空数据的快速获取是航道运行观测的难点。随着传感器、物联网、移动计算等技术的发展,基于船载传感器的航道水沙要素观测技术已经成为当前航道测量领域的重要研究方向。介绍了水上水下一体化船载测量系统研究现状,综合波浪、水流、泥沙等要素移动观测技术需求,分析了船载航道水沙要素传感器信息处理技术原理与特点,综述了航道水沙信息多源图像处理智能方法研究成果,展望了航道水沙要素测量核心传感器、智能学习、实时计算等关键技术方法。研究表明:结合新一代人工智能技术开发新型高分辨率的水沙观测传感器,研制集成船载传感器的航道水沙要素移动测量系统在原理与技术上具有可行性。     

长江口北槽潮波传播变化特征研究

长江口深水航道治理工程实施后,北槽河势发生了巨大变化,北槽河床形态、水深的变化必将影响长江口潮波传播。为研究长江口潮波传播的变化,利用非结构网格FVM方法建立了大通至外海的大范围数学模型,研究长江口深水航道治理工程各分期工程对潮波传播的影响。研究表明长江口深水航道治理一期工程因工程量相对较小,工程实施后,北槽潮波变化相对较小;二期工程后北槽潮波能量损失较大,高潮位略有抬升,低潮位大幅度抬升;三期工程后,潮波变化与二期工程基本一致。北槽导堤工程引起的潮波能量损失较小,丁坝工程致使潮波能量损失较大。     

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。     

无反射造波数值波浪水槽

本文应用ＶＯＦ方法建立了二维数值波浪水槽模型。基于线性造波机理论在水槽左端设置了可吸收式造波机数值边界条件。即造波板的运动除了产生行进波外，同时还产生一个抵消反射波的局部波动。水槽右端除了通常的可滑移与无滑移直墙边界条件外，依据线性辐射条件建立了开边界条件。通过水槽右端为直墙时的全反射情形，比较了可吸收造波机与普通造波机的速度变化与波面变化。文中在Ｈ０／ｄ＝０．１￣０．３，ｄ／Ｌ＝０．１２４￣０．     

戽流消能沿程水面波动特性研究

为探究采用戽流消能方式时下游河道水面波动的情况,结合某实际工程建立了1∶60整体物理模型,应用DJ800多功能采集系统对自由戽流、附着戽流、临界戽流及淹没戽流时下游山区河道内沿程水面波动特性进行了模拟,并对沿程波高、周期、波长、波速及波动概率密度等特征参数进行统计。研究结果表明:戽流消能形成的涌浪在x/D20的范围内衰减明显,之后衰减明显减缓;稳定戽流时,坝下水面波动周期、波长及波速较其余戽流流态均明显变小,且河道平面转弯对波浪的衰减影响有限,波浪传播较远;不同戽流流态河道内波动主要分布在±3σ范围内,基本符合正态分布。研究成果可为类似工程的防波设计提供参考依据。     

A NOVEL ADAPTIVE σ COORDINATE MODEL AND ITS APPLICA- TIONS TO WAVE AND STRUCTURE INTERACTION

In this paper, a novel adaptive mesh σ coordinate model is proposed for the studies of Wave and Structure Interaction (WSI). The model is validated by using the case of a solitary wave movement in an open channel with constant water depth and the case of nonbreaking solitary wave propagating over a step. Numerical results agree well with the analytical solutions obtained based on the Boussinesq theory, the laboratory data and other numerical model results. The proposed model is then used to study a solitary wave interacting with a suspended fixed structure.     

珠江磨刀门河口洪季悬沙与沉积物颗粒度分布及交换过程

基于洪季磨刀门河口实测水沙观测资料和河床表层沉积物数据,通过对不同区域不同时刻悬沙浓度和粒度、沉积物粒径组成分析,运用因子分析和粒度谱等统计计算方法,重点研究近期洪季磨刀门河口及滨海水域悬沙与河床沙交换过程及其动力机制。结果表明:磨刀门河口拦门沙内河道及汊道口区域的动力以径流为主的涨落潮流流系,悬沙与河床沙交换过程较弱;拦门沙浅滩区域泥沙运动表现为"波浪掀沙,潮流输沙"特性,再悬浮泥沙平均量占实测悬沙浓度的32%;拦门沙外滨海水域悬沙组成受径流与潮汐相对强度影响显著,构成上大潮时以再悬浮泥沙为主,小潮时则以径流下泄悬沙沉积为主,而悬沙输运方向受到东南向波浪和沿岸流控制。     

Effects of storm waves on rapid deposition of sediment in the Yangtze Estuary channel

Recent research on short-term topographic change in the Yangtze Estuary channel under storm surge conditions is briefly summarized. The mild-slope, Boussinesq and action balance equations are compared and analyzed. The action balance equation, SWAN, was used as a wave numerical model to forecast strong storm waves in the Yangtze Estuary. The spherical coordinate system and source terms used in the equation are described in this paper. The significant wave height and the wave orbital motion velocity near the bottom of the channel during 20 m/s winds in the EES direction were simulated, and the model was calibrated with observation data of winds and waves generated by Tropical Cyclone 9912. The distribution of critical velocity for incipient motion along the bottom was computed according to the threshold velocity formula for bottom sediment. The mechanism of rapid deposition is analyzed based on the difference between the root-mean-square value of the near-bottom wave orbital motion velocity and the bottom critical tractive velocity. The results show that a large amount of bottom sediments from Hengsha Shoal and Jiuduan Shoal are lifted into the water body when 20 m/s wind is blowing in the EES direction. Some of the sediments may enter the channel with the cross-channel current, causing serious rapid deposition. Finally, the tendency of the storm to induce rapid deposition in the Yangtze Estuary channel zone is analyzed.     

大风浪期间淤泥质海岸实测含沙量影响因素研究

水体含沙量是计算淤泥质航道泥沙淤积强度的一个重要参数。依据三场大风浪期间的含沙量、潮流速、流向、波高和波向等实测资料,分析了含沙量与动力条件随时间的变化过程。结果表明大风浪过程中的含沙量垂线分布与正常天气下的有着本质区别,采用挟沙力公式计算的挟沙力均值可以用来代表风浪期间的平均含沙量,但难以反映含沙量的实际变化过程。含沙量除受波高、流速影响外,还在很大程度上受流向与波浪传播方向的夹角的影响,以及床面泥沙特性的影响。床面泥沙特性在风浪过程中不断变化造成了仅考虑动力条件的挟沙力与实际含沙量的较大差别。     

基于 PLAXIS 2D 的波浪桩护岸设计研究 ——以界南河颍河至泉河段治理项目（一期）为例

以界南河颍河至泉河段治理项目（一期）工程为例,利用 PLAXIS 有限元软件在不同规格的波浪桩挡土高度和施工工法等设计和施工组合条件下进行了数值模拟计算,分析总结波浪桩桩顶位移、岸后地面沉降的变化规律。选用打入式沉桩法时波浪桩悬臂段挡土高度宜控制在 2.0～3.0 m 范围,相关成果可为类似工程提供设计参考。