波浪作用下缓坡近岸海域沿岸流分布影响因素分析

本文研究了均匀岸坡地形条件下．规则波及不规则波浪作用下缓坡近岸海域沿岸流的分布规律。采用数学模型与物理模型相结合，分析了波浪要素，地形坡度等因素对沿岸流分布的影响。提出了表征沿岸流分布特征参数的经验公式。研究结果表明，缓坡近岸海域，波浪作用下沿岸流的分布主要受到入射波浪波高、入射角度及地形坡度的影响。不规则波浪作用下沿岸流的速度分布相对平缓。     

不规则波辐射应力的精确解与近似解

波浪辐射应力是波生沿岸流乃至近岸流的主要驱动力。波浪辐射应力的计算将直接关系到沿岸流的大小及其水动力特性。不规则波相对规则波更能反应实际海洋中的波浪运动,因此不规则波作用下辐射应力的计算将更能体现实际沿岸流中的波浪驱动力。通过推导给出不规则波辐射应力计算的精确解与近似解,并对两种计算方法进行了分析比较,在此基础上进一步用波生沿岸流试验结果对近似计算方法中的波能计算进行了验证。结果表明窄谱情况下,不规则波辐射应力的近似计算方法已有较好的精度,可节省大量的计算时间,从而提高计算效率,但精确计算方法更能准确反应各时刻各位置辐射应力的波动状况。     

基于有限体积法的三维波生近岸流数值模型

波浪破碎产生近岸流是近岸浅水区域一个重要的水动力现象。该文利用辐射应力的概念,并考虑辐射应力沿水深的变化、波浪破碎引起的水滚以及波流共同作用下的水底剪应力,建立了基于有限体积法的三维波生近岸流数值模型。运用建立的数值模型模拟了两个实验室实验,并同实验的实测结果进行了对比。结果表明,建立的数值模型能够较好地模拟波浪破碎产生的近岸流。     

波流共同作用下细沙粉沙质海岸复合沿岸输沙率计算

应用能量原理建立波浪作用下沿岸输沙率公式时,通常采用波浪的“载沙量”与沿岸流的乘积推导而得.对于一般的沙质海岸,由于岸滩坡度较陡,波浪破碎带较窄,破波带内潮流流速与破波产生的沿岸流相比较小,常可忽略.而对于细沙粉沙质海岸,岸滩坡度相对较缓,风暴潮期间,近岸波浪较大,破波水深较深,破波带较宽,近岸潮流流速也较大.因此,细沙粉沙质海岸风暴潮期间波浪和潮流共同作用下的复合沿岸输沙率计算应当考虑波浪和潮流的共同作用.在以往波浪作用下沙质海岸沿岸输沙率研究的基础上,通过波浪潮流共同作用下近岸水流特性和沿岸输沙率特性港池试验研究,得出了波流共同作用下复合沿岸流计算公式,据此,将能量输沙原理导出的沿岸输沙率计算公式推广应用到波流共同作用下的复合沿岸输沙率计算,经与模型试验结果和现场实测资料对比,吻合良好.该公式可以有条件地推广应用到细沙粉沙质海岸波浪潮流共同作用下复合沿岸输沙率计算.     

基于Boussinesq方程的近岸波流统一模型

用统一的理论正确描述近岸海域内不同尺度的水动力学现象是海岸水动力学研究的一个难题.本文通过将一种简单的波浪破碎模型引入到Boussinesq方程,建立了能够统一描述近岸水波和波生流的数学模型.将数学模型应用于计算浅滩上的波浪变形以及均一斜坡上平行于海岸的沙坝缺口附近的波生流,得到了良好的结果.     

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。     

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。     

沿岸输沙计算研究综述

沿岸流输沙是波浪和波生沿岸流共同作用引起的沿岸纵向泥沙运动,是海岸带重要的泥沙搬运方式.自20世纪50年代以来,国内外许多学者对这一课题进行了研究,产生了很多理论公式,本文简要分析了各家的理论思想,根据不同的研究思想将诸多公式分类,简单论述了这些公式的优劣和实用性,并提出了一些沿岸流输沙研究中存在的问题.在文章的最后,介绍了理想沙质海滩稳定曲线的研究进展,并对其中存在的问题做了简单阐述.     

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。     

淤泥质海岸波生流动力机制及三维模拟研究

淤泥质海岸底坡极为平缓,波浪传播时浅水变形与破碎均不显著,且粘性床面可使波能向岸持续耗散,波浪传播特性的不同使其催生的波生流态与沙质海岸具有明显差异,但当前对其机理缺乏深入探讨.采用基于过程的波生流三维计算模式,以连云港海区为例,对波生流运动规律进行了模拟与分析.研究结果显示淤泥质缓坡海岸波生流影响范围较远,可延伸至深水区,但与沙质海岸相比,其流速不高、底部离岸流不明显.在波浪垂向紊动掺混作用下,垂向流速梯度随波高增大而变得均匀.波生流影响程度随入射波高增大而增大,在大浪条件下,波生流的贡献已与潮流达到相近权重.     

波浪辐射应力理论的应用和研究进展

回顾波浪辐射应力张量的概念，前人的研究成果表明微幅波的辐射应力理论是符合实际的.综述波浪辐射应力理论在海洋流体动力学中的应用，分析该理论在研究近岸流的形成、波浪增水和波浪减水、沿岸流流速的沿程分布、破波带内底部反向流的速度分布、河口海岸泥沙运动、海岸碎波拍和波流相互作用等问题中的应用.总结波浪辐射应力的研究进展，包括考虑有限振幅波和不规则波的辐射应力场以及微幅波辐射应力张量沿水深分布的研究，指出辐射应力张量沿水深分布的研究可以为探讨近岸水动力环境的垂直结构以及完善波流相互作用三维数学模型提供理论基础.为深入考察波浪辐射应力张量沿水深分布情况，提出进一步研究的思路.     

波浪辐射应力理论的应用和研究进展

回顾波浪辐射应力张量的概念，前人的研究成果表明微幅波的辐射应力理论是符合实际的．综述波浪辐射应力理论在海洋流体动力学中的应用，分析该理论在研究近岸流的形成、波浪增水和波浪减水、沿岸流流速的沿程分布、破波带内底部反向流的速度分布、河口海岸泥沙运动、海岸碎波拍和波流相互作用等问题中的应用．总结波浪辐射应力的研究进展，包括考虑有限振幅波和不规则波的辐射应力场以及微幅波辐射应力张量沿水深分布的研究，指出辐射应力张量沿水深分布的研究可以为探讨近岸水动力环境的垂直结构以及完善波流相互作用三维数学模型提供理论基础．为深入考察波浪辐射应力张量沿水深分布情况，提出进一步研究的思路．     

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。     

波流作用的近岸圆柱局部床面侵蚀

波浪流对近岸浅水带床面作用强烈,该区域结构物局部床面侵蚀显著,潜存致灾威胁。用三维数值方法研究了瞬态孤立波作用下非黏性沙海床上的近岸圆柱体局部冲刷规律,分析了波浪流冲刷的3类主要影响要素,讨论了近岸地形条件影响下的波流冲刷深度。研究认为,表征浅水波流特征和柱体尺度的无量纲数Urp与KC数存在非独立关系,二者均能分别反映波流冲刷的主要规律;表示泥沙运动的力学参数Shields数在波流动床条件下仍对柱体局部冲刷有贡献;近岸地形通过床面坡度对波破碎的增强及堤岸挡墙对波浪的反射,都会影响到局部冲刷。     

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。     

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。     

波浪潮流共同作用下长兴岛海区二维悬沙输运数值模拟研究

根据近岸地区波浪、潮流与泥沙运动的规律,把波浪运动概化为在潮周期中具有时均意义的波浪流分布场,将波浪辐射应力以及波流底部剪切应力耦合到潮流运动方程和悬沙输运方程中,建立了非结构网格下近岸波浪和潮流共同作用下的二维悬沙输运数值模型。时间离散采用欧拉向前格式,空间离散采用有限体积法的显式格式。将模型应用于矩形海湾实验和大连长兴岛附近海区悬沙冲淤过程的实际算例。结果表明:波浪对潮位影响很小,但是对近岸流速有较为明显的影响;波流共同作用对近岸泥沙浓度影响比单纯考虑潮流作用可提高40%～100%的幅度。     

单沟槽沙坝海岸的裂流实验研究

该文实验研究了单沟槽沙坝海岸上产生的波生裂流流场,重点关注了不同波浪条件下流场水平形态以及最大裂流流速的变化.实验在波浪水槽中进行,采用规则波作为入射波浪,应用高精度浪高仪阵列和流速仪阵列,在全场范围内较密集地采集波面升高和流速数据,通过分析实验数据,获得全场波高、平均水面以及流速分布,对裂流及两个存在的补偿流进行了描述,分别比较和分析了不同波高对于裂流强度及整个流场形态的影响,并对最大离岸流速与波高间的关系进行了分析.     

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。