人工岛对潮汐河口水动力特性的影响分析

以山东某具有代表性的在建人工岛为实例,采用数值模拟的方法,建立人工岛附近海域的水动力模型和波浪模型,对区域径流、风生流、潮流、波浪进行数值模拟,分析人工岛对河口、海岸水动力环境的影响,探究人工岛作用下河口、海岸水沙运动规律,为人工岛的规划和设计提供依据。     

复杂水动力环境下的人工岛冲淤演变研究

以山东某具有代表性的在建人工岛为实例,首先建立人工岛附近海域的潮(径)流模型和波浪模型,对区域径流、风生流、潮流、波浪等水动力因素进行数值模拟与分析;然后将水动力条件的模拟结果代入泥沙模型,对人工岛所在海域的泥沙输移和冲淤厚度进行数值模拟,分析人工岛在风、浪、潮及径流的联合作用下的冲淤演变趋势,为人工岛的规划和设计提供依据。     

波浪荷载作用下滩海人工岛工程稳定性评价

波浪荷载是海洋地基土受到的最频繁和最严峻的周期性动荷载。通常坐落在软土地基上的海工结构物的破坏并不是由于其结构本身的破坏,而是由于在波浪等往复荷载的作用,土层受到扰动,承载力降低,致使地基沉降过大,从而导致构筑物失稳。以滩海人工岛构筑物为例,依据前人研究成果,并结合研究区域实际情况,根据三个特征水位(设计高水位、设计低水位及百年一遇高潮位),选取不同强度折减系数来考虑波浪荷载对海床的不同弱化程度。文中建立人工岛评价模型,采用有限单元法,分析了不同水位及对应的波浪荷载作用下的人工岛稳定性现状、竖向位移和水平位移。结果表明考虑波浪荷载作用时,人工岛的稳定性系数大幅降低;而在设计低水位条件下,当波浪弱化作用导致折减后的海床强度为40%时,人工岛稳定性系数为1.064,接近临界失稳状态。     

波浪在平缓岸滩上爬坡的有限差分格子Boltzmann模拟

应用有限差分格子Boltzmann方法模拟平缓岸滩上波浪爬坡过程,计算结果和半解析解以及其它数值模型模拟结果吻合.通过和标准格子Boltzmann模型计算结果比较,发现在格子Boltzmann方法的基础上采用高精度有限差分格式离散方程取较大的空间和时间步长就可以得到稳定的计算结果,节省计算时间,可以用于模拟大范围波浪爬坡现象.     

台阶地形上波浪运动的数值研究

波浪在水深剧变地形上的传播，可以简化为波浪在台阶地形上的传播.利用二维数值波浪水槽可以很好地模拟这一过程，特别是对波浪在台阶上的非线性变形.数值计算结果与实验测量进行了比较，结果吻合良好.     

一种浅水波浪数值模型的应用研究

简述目前几种浅水波浪数值预报模式，介绍了国内外以能量平衡方程预报浅水波浪的若干模式，重点介绍了应用当今最新波浪研究成果发展起来的并经过若干理论及现场观测资料验证的SWAN模型，详细论述了模型的特点及其适用性，其动谱能量平衡方程的数值离散格式及对能量源汇项的处理方法，利用SWAN模型计算了在不同水深时流场对波浪传播的影响，并与线性波流理论计算结果进行比较；最后，将模型应用于海安湾的浅水波浪数值计算，模拟湾内波高及周期场分布，并与观测结果进行比较。     

杭州湾海域桥梁承台水平方向波浪荷载研究

针对杭州湾海域跨海桥梁承台最大水平方向波浪荷载缺乏普适性计算公式的问题，收集分析了杭州湾海域波浪特性及主要跨海桥梁通航孔桥墩承台尺寸特征。通过矩形概化承台，构建了三维数值波浪水槽模型，根据承台水平方向波浪荷载系列数值计算结果，提出了适用于跨海桥梁承台最大水平方向波浪荷载的简易计算方法，且讨论了计算方法对不同形状承台和不同流速等情况的适用性。结果表明：承台水平方向波浪荷载计算方法的计算结果和前人研究成果基本一致；受承台阻水作用，矩形承台水平方向波浪荷载大于圆形承台，通过修改公式参数，计算方法也可以用于不同形状承台水平方向波浪荷载计算；随着流速增加，承台水平方向波浪荷载也在逐渐增加，承台水平方向波浪荷载随承台相对长度kb的变化规律与纯波情况基本类似，但最大水平方向波浪荷载对应的kb有所减小。     

潜堤上波浪传播过程数值研究

以RANS方程结合Level-Set方法为研究基础,采用五阶WENO有限差分格式进行空间离散、三阶TVD Runge-Kutta格式进行时间推进、Level-Set方法追踪波浪与空气间自由面以及解析松弛法来实现数值水槽中的造波消波,建立了一种求解潜堤上波浪传播问题的数值计算模型。选取经典的潜堤上波浪传播物理试验模型对数值模型进行了验证,水位计算结果与试验值吻合较好。进一步研究了波高、潜堤顶部淹没深度以及潜堤坡度等参数对潜堤上波浪传播过程的影响。结果表明:波高越高、淹没深度越浅、潜堤向波坡度越小,波浪受浅水作用越明显;潜堤背波坡度越小,波浪受反浅水作用稍大,但并不明显。     

珊瑚礁上防波堤波浪爬高的数值模拟与特征分析

波浪在珊瑚礁礁坪破碎、传播后在防波堤产生爬高,波浪爬高是决定防波堤高程、人工岛高程的重要因素。基于FLOW-3D软件,建立了珊瑚礁上防波堤波浪爬高的数值模型。通过与物理模型对比,验证了珊瑚礁上波浪传播与破碎、非破碎波在防波堤爬高数值模拟的合理性。在此基础上模拟了波浪在珊瑚礁地形上破碎与传播、防波堤的爬高,表明:随着礁坪上防波堤离礁前缘距离的增大,波浪爬高逐渐减小,在距礁前缘约一个深水波长处的防波堤爬高已显著减小。     

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。     

太湖湖流对波浪的影响机制研究

根据基于动谱平衡方程的SWAN模型和湖流三维模型,分别对太湖波浪和湖流的生消过程进行了动态模拟,并研究了太湖湖流对波浪的影响。结果表明:湖流模型和SWAN波浪模型可以较好地模拟风作用下太湖湖流和波浪的生成和传播过程;太湖流场对波浪场具有一定影响,风速越大,影响越显著,同时也受风向影响;沿岸区波浪受湖流影响更加显著;湖流对波浪的影响基本上呈现湖流波浪同向时,有效波高增大,波速增大,波长增长;反向时有效波高减小,波速减小,波长缩短的特征。     

温度分层海洋表面的波动特性

海洋中的温度/密度分层是一种普遍现象。该文基于N-S方程,结合Airy波浪理论和VOF两相流模型,数值模拟了分层海洋中的波动特性。通过与理论解的对比验证了数值模型的有效性。研究了波浪作用下的海面波动特征、温度/密度分层情况下波动的传播过程以及密度分层对波动抑制的影响。研究发现,在海面处、下层海水处,温度波动并不符合明显的正弦特性,存在着"削峰"现象,更接近于"方波"的特性,体现了由温度分层导致密度变化所引起的抑制效应。该文的结论对研究海洋表面热量交换、营养物质的输运、船舶航行和波浪的传播等具有借鉴意义。     

近岛礁波浪谱演化逆问题研究

波浪从深水区传播到岛礁附近,受海底地形影响将发生一系列复杂的浅水变形,且根据已有现场观测资料发现其波浪谱型与目前常用的海浪谱存在明显的差异。该文基于随机波浪理论,通过近岛礁波浪谱的演化分析,解决了在模型试验中如何生成符合岛礁附近特殊波浪谱型这一波浪演化的逆问题,并通过近岛礁水池模型试验数据验证了该方法的准确性和可行性,为后续模型试验中近岛礁波浪演化的精确模拟奠定了基础。     

Effects of the wave directionality on wave transformation

A numerical model is proposed based on the time domain solution of the Boussinesq equations using the finite element method in this paper. The typical wave diffraction through a breakwater gap is simulated to validate the numerical model. Good agreements are obtained between the numerical and experimental results. Further, the effects of the wave directionality on the wave diffraction through a breakwater gap and the wave transformation on a planar bathymetry are numerically investigated. The results show that the wave directional spreading has a significant effect on the wave diffraction and refraction. However, when the directional spreading parameter s is larger than around 40, the effects of the wave directional spreading on the wave transformation can be neglected in engineering applications.     

基于GA-灰色波形预测模型的白洋淀天然入淀水量

白洋淀天然入淀水量在长期的时间序列上有着丰、枯水期交替演化的规律,灰色波形模型适用于这一规律发展趋势的研究。通过遗传算法(GA)对灰色一阶模型(GM(1,1))的迭代基值α与背景值系数β进行优化,利用遗传算法收敛效率高,选择范围广的优点,建立了以GA-GM(1,1)群为基础的GA-灰色波形模型,对白洋淀天然入淀水量趋势进行研究。最终得出结论:GA-灰色波形模型不仅在信息序列的拟合上明显优于传统灰色波形模型,且GA-灰色波形模型能更好的抓住信息序列发展特点,更为准确的预测白洋淀天然入淀水量演化规律。说明用GA-灰色波形模型进行白洋淀天然入淀水量研究是可行的,也为研究湖泊水资源量变化提供了一种新思路。     

波流相互作用下沿垂向的水流结构及其实验验证

本文研究了波流相互作用情形下波浪对水平流速沿垂向分布的影响。作者从Navier Stokes方程出发，用涡动粘滞系数模型来封闭波流相互作用下的流动方程，提出了一个求解整个水深内的断面流速分布的方法。理论计算与实验结果基本一致。     

窄深河谷近坝库岸滑坡涌浪特性及传播规律

大比尺水工模型试验可获得更接近原型的相似现象,对窄深河谷近坝库区可能发生的整体大体积滑坡工况进行试验研究,结合三维数值模型分析滑坡次生涌浪的产生、传播和消散特性。研究结果表明:数值模型计算的浪高、相位与试验结果基本一致,库区涌浪类型属于有限水深波,波能沿水深方向均有分布;涌浪产生区附近非线性较强,受窄深地形影响,波高在传播过程中快速衰减,坝肩处涌浪叠加出现瞬时越浪;试验中涌浪近场波形只观测到弱非线性振荡波;试验范围内块体模型冲击动能转化率为2%~19%,滑块动能转化率与相对体积、相对厚度呈正相关,与滑块入水弗劳德数呈负相关;低频波受地形影响较大,在岸坡浅水区域出现波能的暂时集中,谱峰值增大,随时间推移库区水域高频波增多。对于窄深河谷中的大体积滑坡次生涌浪,尽管首浪波能受高陡边坡影响,传播至坝前时波高已明显削减,但坝前最大浪高往往由涌浪反射叠加形成,在首浪到达之后仍存在翻坝风险。     

A Numerical Model of the Wave that Overtopped the Vajont Dam in 1963

The Vajont landslide took place in northern Italy on October 9th 1963 and caused a huge impulse wave to travel along the artificial reservoir and overtop the dam, flooding and devastating a considerable area along the Piave riverbed. In this event about 1900 people died, 1700 of them in the Piave Valley alone. The water depth of the wave in some points exceeded 50 m. Although the phenomenon is clearly tridimensional, the application of a pure 3D hydraulic numerical model to this wide and natural territory is very complicated. Recently, the authors have presented a numerical model of the impulse wave that wasted the Vajont basin as a consequence of the landslide Bosa and Petti (Environ Model Softw 26:406–418, 2011). In this paper, a 2DH numerical model has been applied to study the effects of the overtopping wave in the Piave Valley, in order to verify if the simplifications assumed by a 2DH model still make it possible to describe the evolution of the wave in the proper manner.     

Detection of wave groups from the motion behaviour of a discus buoy

A scale modeled discus data buoy was tested for its motion characteristics under the action of wave groups of different frequencies in a wave tank. The wave groups were theoretically simulated based on the methodology of Xu et al., (1993, Statistical simulation of wave groups, Applied Ocean Research, 15, 217–226) and then converted to paddle displacement signals to drive the wave maker. The motion responses of the buoy model were measured using potentiometers as well as with a non-contact motion tracking camera system. The details of the model, instrumentation, testing conditions and the analysis are presented. The displacement and wave elevation time histories were analysed through statistical, envelope, wavelet transform and phase-time approaches to detect the wave groupiness. The effect of groupiness parameters on the surge, heave and pitch motions of the buoy are detailed in this paper.