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近岸水域波浪传播的数学模型

外海深水区的风浪或涌浪在向近岸浅水区传播的过程中,由于受到水深、地形变化、能量耗散、障碍物、水流等因素的作用会发生浅水变形、折射、绕射、反射、破碎和非线性效应等现象,这些现象是近岸波浪传播的主要物理过程和特征。随着社会经济的迅速发展,对近岸水域波浪传播变形规律的研究日益重要和迫切。现有的各种近岸水域波浪传播的数学模型都还有各自的不足之处,亟待进一步发展和完善。本报告主要沿着适宜于中、小尺度空间的缓变水深水域波浪传播的数学模型这条主线,对近岸水域中波浪的传播进行研究。并通过和非线性长波的数学模型在具体应用中的对比分析,进一步深化了对近岸水域波浪传播数学模型特点的认识。首先,基于曲线坐标系,建立了缓变水深水域波浪传播的数值模拟模型,模型适宜于任意变化的边界形状,克服了各种代数坐标变换的局限性。并在此基础上,建立了水流作用下波浪传播的数学模型。在建立模型时,将原始的椭圆型缓坡方程的近似型式——依赖时间变化的抛物型方程,作为控制方程;从  (本文共93页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海交通大学
上海交通大学

近岸水域波浪与结构物相互作用的数值模拟

社会经济发展,人类在海岸带地区的活动日益频繁。海岸工程项目的数量和投资规模不断扩大,使人们对海洋结构物的安全和有效使用越来越重视。本文在近岸海域波浪与结构物相互作用方面做了初步研究,这些研究有利于近海水域工程的规划设计和海洋资源的开发,是适应国民经济和国防建设发展需要的研究。本文考虑了地形因素的影响,建立了新型缓坡方程数学模型以及缓坡方程-边界元方程耦合模型,既考虑近岸地形变化对波浪传播的影响,又考虑波浪与结构物特别是与浮式结构物的相互作用,可以深入研究不同地形条件下结构物在波浪中的受力特性和运动特性。首先引入岛体边界条件,采用自适应网格技术,建立新型缓坡方程数学模型。这一模型克服了边界条件单一的缺点,可以数值模拟具有复杂边界情况的问题。其次,在线性理论的框架内,建立了缓坡方程-边界元方程耦合模型,以研究海底变化条件下的波浪与结构物之间的相互作用问题,并从入射波波长和地形变  (本文共102页) 本文目录 | 阅读全文>>

青岛海洋大学
青岛海洋大学

海岸河口水动力数值模拟研究及对泥沙运动研究的应用

本文研究了海岸河口水动力(潮流、波浪、波生近岸流)及其引起的泥沙运动的数值模拟问题。从科学性和应用的有效性、方便性和实用性考虑,在对海岸河口水动力与泥沙运动的数值模拟研究进行了全面系统的总结和回顾基础上,针对海岸河口海区的特点和已有数值模拟方法的缺陷和不足,通过理论上和数值技术上的研究改进,建立了多套水动力与泥沙运动的数学模型,这些模型都得到了实际应用的验证;另外,开发了关于不规则三角形网格的若干实用技术,综合介绍了有关泥沙模型中的若干参数的确定方法。实际应用结果表明,本文建立的多套数学模型能满足目前的海岸河口水动力与泥沙运动的数值模拟的需要,并且方便有效。本文的主要研究成果如下: 1.根据线性波动的叠加原理和波浪方向谱理论,推导出了非缓坡非均匀流场中考虑非线性弥散影响和底摩擦作用的多向不规则波传播的折射绕射方程;结合有限差分方法建立了综合考虑多种因素(非线性弥散影响、非缓坡地形、水流、波浪破碎、岛屿影响、底摩擦波能损失、折射、...  (本文共196页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
大连理工大学

基于SWAN模式的植被水域波浪传播模拟研究

受全球气候变化影响,沿海地区极端气候状况频发,海啸、风暴潮等海洋灾害已经严重威胁到人们生命财产安全。采用植被护岸的方法,在沿海岸滩上种植一定宽度的植被场,可以有效地耗损波浪传播带来的能量,起到消浪护岸的作用。因此,加大对近岸植被水域波浪传播运动的研究,具有一定的学术价值和工程应用价值。本文基于SWAN模拟研究了植被水域波浪的传播运动,主要工作内容及成果如下:(1)运用SWAN-VEG模型,在模型验证的基础上,分析了植被特征参数及入射波要素对植被水域波高分布的影响。研究表明,随着植被淹没高度、植被密度、植被区宽度以及入射波有效波高和谱峰周期的增加,波浪传播中的波高衰减增大;但当植被淹没高度、植被密度以及入射波有效波高小于一定程度时,波高衰减不再明显;当入射波谱峰周期大于一定程度时,波高衰减程度趋于稳定。同时模拟发现,波高在植被区前端有更好的衰减效果,植被区宽度的变化不影响波高的衰减过程,植被区宽度仅决定植被区后的波高值。(2)在极...  (本文共68页) 本文目录 | 阅读全文>>

河海大学
河海大学

近岸波浪数值模拟实用模型系统的研究

波浪是海洋当中最为主要的物理现象之一。它直接关系到海岸工程(如港口建设、河口治理、岸滩防护等)的安全,与海上运输、水产养殖和滨海企业等的建设与发展都密切相关。因此研究波浪的传播变形具有非常重要的意义。目前在对波浪问题的研究方面,经常采用数学模型来模拟波浪的传播变形。本文结合前人提出的几个独立的波浪数学模型,进行模块化、集成化和系统化,旨在建立一个能够应用于实际工程的近岸波浪数值模型系统,通过该模型系统可以实现由外海波浪推算出近岸口门(或堤前)波要素,进而推算出港内(或堤后)波浪场的一体化波浪模拟过程。本文模型系统主要由两部分组成,波浪浅水变形计算模块和港内波浪绕射计算模块。港内波浪绕射计算模块又包含规则波绕射计算模块和不规则波绕射计算模块。首先,建立在复杂地形条件下,考虑风能输入以及底摩阻等因素影响的浅水波浪折射绕射数学模型,作为波浪浅水变形计算模块。通过该模块,只要给定外海波要素,便可以求出口门(或堤前)波要素。其次,基于单元...  (本文共99页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海交通大学
上海交通大学

非线性波波相互作用的数值模拟

人们对河口海岸水域波浪传播过程中的多种现象都已进行了大量研究,相对来说,对其中的非线性相互作用的研究还不太充分。Stokes波理论多适合研究等水深的、相对水深比较大的水域中的波浪传播变形规律。对变水深水域中非线性波相互作用的研究,却还不多见,而研究河口海岸水域波浪的非线性相互作用具有十分重要的意义。例如,由两个不同频率的波浪组成的波列产生的差频效应与和频效应,对于防波堤的稳定、岸滩上泥沙的输运和港口中系泊船舶的运动都具有非常重要的影响;在斜坡地形上,两个波数相近、波向不同的自由波还会激发出边缘波。还有,约束波又会把能量传给自由波,从而发生三波共振,而这一现象对海岸建筑物和船舶锚链的设计非常重要。Boussinesq型方程是非线性方程,是模拟近岸水域中非线性波传播的强有力工具。因此,本文利用新型Boussinesq型方程波浪模型研究非线性波波相互作用的问题。首先,本文完善了基于新型Boussinesq型方程所建立的非线性波传播的数...  (本文共97页) 本文目录 | 阅读全文>>