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为了探究岛屿周围珊瑚礁在抵御海啸灾害中的作用,采用激波捕捉类Boussinesq模型FUNWAVE-TVD,对孤立波在理想化三维岛礁地形上的传播及爬坡开展了现场尺度的平面二维数值模拟,分析了入射波高、礁坪水深、礁坪宽度、礁前斜坡坡度、礁后斜坡坡度、珊瑚礁糙率对岛屿四周孤立波爬高分布的影响。结果表明,珊瑚礁的存在总体上可有效降低岛屿四周孤立波的最大爬坡高度;入射波高、礁坪水深、礁坪宽度、珊瑚礁糙率是影响珊瑚岛礁四周孤立波爬坡分布的主要因素,岛礁四周最大爬坡高度会随入射波高和礁坪水深的增大、礁坪宽度和珊瑚礁糙率的减小而不断增大;当礁坪水深增大到一定程度时,珊瑚礁主要会对岛屿背浪面的爬高失去影响,而当礁坪宽度和珊瑚礁糙率减小至一定程度时,会出现岛礁四周最大爬高高于无珊瑚礁时爬高的现象;礁后斜坡的变缓会使岛礁周围的最大爬高有所减小,而礁前斜坡坡度对珊瑚岛礁周围的最大爬高几乎没有影响。 相似文献
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基于非静压单相流模型NHWAVE建立了高精度二维数值波浪水槽,采用日本2011年实测真实海啸波型系统研究了海啸波在岛礁上传播变形的规律,并且分析了波高、礁坪淹没水深和礁前斜坡坡度等因素对孤立波和真实海啸传播变形的影响。结果表明,相比孤立波,类海啸波的波长明显大于孤立波波长,在测点处引起的水面变化持续时间更长,同等波高情况下真实海啸波型比孤立波能够携带更多的能量,与岛礁的相互作用也更为复杂,在礁坪上形成的淹没水深约为孤立波的两倍。礁前斜坡坡度和礁坪淹没水深均对类海啸波的反射和透射系数有显著影响。随着礁前斜坡坡度的增加,反射系数和透射系数均逐渐增加。随着礁坪淹没水深的增加,反射系数逐渐减小,而透射系数逐渐增大。但是,反射系数和透射系数均随着入射波高的增加而逐渐减小。 相似文献
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基于非静压模型,通过开展一系列三维高精度数值计算,综合考虑入射波高、水深、采掘坑宽度及位置等因素的影响,深入分析了人工采掘坑对孤立波岸礁水动力特性的影响机制。计算结果表明,人工采掘坑对孤立波在岸礁上的传播具有一定的阻滞作用,导致采掘坑附近的局部波高显著增加,同时也引起岸线附近波高降低。局部波高最大增幅的大小易受入射波高、礁坪水深、采掘坑宽度和位置的影响。入射波高越大,局部波高最大增幅越大,礁坪水深越大,局部波高最大增幅越小,采掘坑宽度越大,局部波高最大增幅越大。除此之外,采掘坑的存在会降低波浪的最大爬高,但是采掘坑宽度和位置的变化对波浪的最大爬高影响有限。 相似文献
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南沙群岛珊瑚岛礁众多,大多数岛礁具有向海坡陡峭、外礁坪比较平缓的特征。将南沙群岛岛礁的迎浪向地形概化为陡坡和缓坡组成的双斜坡,采用FUNWAVE-TVD模式数值模拟概化地形上的波浪,根据模拟的破碎波高分析其拍岸浪特征。对拍岸浪数值模拟结果进行比较分析,向海坡的坡度对拍岸浪影响不大,外礁坪上拍岸浪高随地形坡度增大而略有增大;向海坡和外礁坪交界位置(即坡折点)水深对拍岸浪有比较明显的影响,拍岸浪高随坡折点水深增大而减小;拍岸浪高随入射波高和波周期增大而增大。利用大量的拍岸浪数值模拟数据对国内外5种统计模型进行检验,并且基于拍岸浪数值模拟数据建立了3种南沙群岛岛礁拍岸浪统计模型,计算结果显示这些模型适用性较好。 相似文献
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本文采用圆柱体阵列来模拟珊瑚礁面的大糙率,通过波浪水槽实验研究礁面糙率对孤立波传播变形及岸滩爬高的影响。结果表明,粗糙礁面的存在显著削弱了礁坪上孤立波的首峰和礁后岸滩反射造成的次峰,同时降低了波浪在珊瑚礁面的传播速度;垂直于岸线方向沿礁相对波高随着入射波增大而减小,随着礁坪水深的增大而增大,粗糙礁面上波高沿礁的衰减更为显著;礁前斜坡的无量纲反射波高随无量纲入射波高的变化与礁坪水深有关,当入射波高足够大时其趋于常值,粗糙礁面略微增大了礁前斜坡的反射;无量纲透射波高和岸滩爬高随着无量纲入射波高的增大而减小,特别是礁坪水深较大时更为显著,粗糙礁面时的无量纲岸滩爬高相对于光滑礁面平均减小46%;通过回归分析得出了同时适合于光滑和粗糙礁面的预测孤立波岸滩爬高的经验关系式。 相似文献
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基于二维不可压缩两相流模型建立了数值风浪水槽,采用SST k-ω雷诺时均湍流模型,研究了风作用下孤立波在珊瑚礁上的传播变形规律。将计算结果与实验数据对比,证明了该两相流模型计算孤立波在珊瑚礁上传播的准确性,并进一步分析了不同风速对珊瑚礁上孤立波传播变形的影响。结果表明：风的作用会使波面发生随机脉动特征。当地波高随风速的增大而增大;当地波高关于风速的变化梯度随入射波高的增大而增大。风的作用会加快孤立波的传播并且使孤立波提前发生破碎;孤立波开始破碎的位置随风速的增大向远离礁坪的方向移动。反射系数随风速的增大而增大;反射系数关于风速的变化梯度随入射波高的增大而减小;透射系数随风速的增大呈增大趋势。平底区波峰剖面同一水深处的水平流速随风速的增大而增大;且一定的风速不改变水平流速沿水深的变化梯度。有风时波面上方的矢量密度和大小均明显高于无风时且与风速呈正相关,并且波峰上方气流不再循环。随着风速的增大,水气交界面附近的正涡量和负湍流剪应力减小,负涡量和正湍流剪应力增大。水体动能、势能和总能达到高值的时间随风速的增大而减少;水体动能、势能和总能随风速的增大而增大,并且风速对水体动能的相对影响大于势能。 相似文献
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为了研究由涌浪引发的港口横向振荡,采用完全非线性Boussinesq数值模型FUNWAVE 2.0模拟了双曲余弦型水深的矩形港池内(1,1)模态的横向振荡。研究表明,只有在港池底部设置微小横向坡度,才能成功地激发横向震荡;而在横向水深不变的情况下,无法激发明显的横向振荡。通过分析纵向坡度、横向坡度和入射波高对横向振荡的影响,了解了横向坡度的影响:当横向振荡幅值较小时,它与横向幅度保持线性关系;横向振荡的幅值较大时,它受到非线性强度的限制,增长缓慢。在纵向坡度较大,入射波高较小时,横向振荡的幅值经过一定时间的增长,能超过纵向振荡并主导港内的水体运动。所有横向振荡都是非线性作用的结果,而非单纯的由地形变化产生的绕射导致的。 相似文献
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实验室中椭圆余弦波的产生 总被引：1，自引：0，他引：1
波浪从深水传入浅水后,波面形状发生了变化,波峰变陡,波谷变平,呈现出非线性波的特征,当波长与水深之比大于8时,这种波形用椭圆余弦波来描述是比较合适的.目前,非线性浅水波对近岸建筑物的作用已引起许多学者的兴趣,开展了这方面的研究,如椭圆余弦波对墩柱的作用力.因此,实验研究浅水波对建筑物的作用是必不可少的手段之一,这就提出了如何在实验室中产生波高较大、非线性较强的波浪.人们在实验中早就发现,在波浪槽中产生浅水非线性波是十分困难的.按正弦曲线运动的推板产生的波面有明显的次峰,而且作者还注意到,若波高大于0.45倍水深,产生的波浪不稳定或破碎.造成这些问题的原因之一是推板运动速度与水质点运动速度不一致. 相似文献
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基于非静压单相流模型NHWAVE,设计不同的计算工况,系统研究了规则波与非规则波作用下,非淹没刚性植物的消波特性。将计算结果和实验数据进行对比分析,验证了非静压模型NHWAVE计算植物消波特性的准确性。进一步研究了波高、周期和水深等因素对植物消波特性的影响,探讨了植物消波特性与这些水动力因素的内在联系。结果表明:非淹没刚性植物的消波效率受波高和周期的影响较大,水深对消波效率的影响很小。由于波浪非线性的影响,基于线性波理论的消波理论模型对植物消波能力的估计偏小。 相似文献
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沙坝海岸沿岸流速度剖面特征研究 总被引：1，自引：0，他引：1
通过对两个坡度沙坝地形沿岸流实验测量和基于能量方程的沿岸流数值模拟,研究了沙坝海岸平均沿岸流速度剖面的双峰剖面特征,重点分析了第二个峰值的特征和两峰值的比值。综合考虑入射波高、入射波类型和坡度对波生沿岸流垂直岸线速度剖面的影响。结果表明,平均沿岸流速度剖面出现双峰剖面特征:第一峰值发生在沙坝向岸侧面的中部,第二个峰值发生在靠近岸线处;同一坡度情况两个峰值的位置和比值,不受入射波类型、入射波高的影响。数值模型中包括了侧混、底摩擦和水滚等因素,其数值模拟结果和实验值拟合较好,并讨论了有无侧混和水滚对速度剖面的影响。 相似文献
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非淹没刚性植物对规则波传播变形影响实验研究 总被引：4，自引：0，他引：4
在海岸带种植红树林等水生植物可以有效的减小波浪对岸滩的破坏,系统全面地研究植物对波浪传播变形的影响是非常必要的。基于波浪水槽实验,探讨了规则波通过非淹没刚性植物波高的沿程变化,分析了水深、入射波高、植物模型密度及分布方式对反射系数、透射系数与波浪衰减系数的影响,同时与孤立波实验数据进行对比。实验结果表明,随着水深的增加,规则波的透射系数增加、反射系数和波能衰减系数减小;随着入射波高的增加,规则波的透射系数减小,反射系数和波能衰减系数增加。在分布方式相同的情况下,植物模型分布密度增加,规则波的反射系数和波能衰减系数增加,透射系数减小。在规则波入射方向上模型布置越紧密,规则波反射系数和波能衰减系数越大,透射系数越小。分析讨论了植物模型对规则波和孤立波的影响,在入射波要素相同的情况下,孤立波和规则波的能量衰减在50%左右,说明植物模型具有良好的消波作用。 相似文献
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完全非线性孤立波的直墙反射 总被引：2，自引：2，他引：0
报道了应用边界积分方法模拟完全非线性孤立波的传播与直墙反射,给出了波形演变过程。结果表明,本模型对计算孤立波的传播与直墙反射是有效的。三阶Boussinesq方程的孤立波解比低阶方程的孤立波解更接近完全非线性的数值解.当来波波高增大时,孤立波直墙反射的相位滞后变小。若考虑大波高孤立波的直墙反射或波——波相互作用,一阶理论预报的相位滞后往往低估实际情况。 相似文献
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为准确模拟孤立波在岸礁地形上的传播和爬坡,采用基于完全非线性Boussinesq方程开发的Funwave-TVD模型,探究模型的可行性,并利用验证后的模型进一步研究岸礁各地形因素对孤立波爬高的影响。研究结果表明:模型能准确模拟孤立波在岸礁陡变地形上的传播及变形,摩擦系数对礁前陡坡及礁坪上的波浪传播模拟影响不大,但对爬坡预测的敏感性较强;模型空间步长可适当增大,提高计算效率;随着礁坪宽度的增大以及礁后斜坡的变缓,孤立波爬坡高度下降明显,而礁前陡坡坡度变化对孤立波爬坡高度影响不大。 相似文献
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内波是海洋中普遍存在的波动形式。内孤立波是典型的非线性内波,多发于陆架边缘海,如南海等海域,对陆架海域有重要影响。本文针对内孤立波在陆架地形上的传播问题,先基于弱非线性与全非线性数值模型,模拟了不同振幅、地形高度条件下内孤立波的演化的过程,探讨了动力系数对内孤立波演化过程的影响,对比了两模型的模拟结果在内孤立波演化过程、能量分配以及能量耗散的差异,后分析了南海的动力系数分布特征。结果表明,在内孤立波不发生破碎的情况下,弱非线性模型与全非线性模拟结果相近。当发生破碎过程时,弱非线性模型可准确模拟头波,但无法通过强非线性的破碎过程耗散能量,只能以裂变的方式辐射能量。在弱非线性模型中,随地形高度增加,频散系数减小到零,平方非线性系数由负转正,立方非线性系数绝对值增大一个量级,并主导陆架地形上内孤立波的演化过程。通过对比南海夏季与冬季非线性内波动力系数空间分布,发现内孤立波在传播过程由于夏季平方非线性效应、立方非线性效应与频散效应较强的影响,其在夏季更易发生陡化与裂变,波列发生频率高。 相似文献
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采用完全非线性Boussinesq方程建立的FUNWAVE模型进行波生沿岸流数值模拟研究,通过对不同斜坡地形和波浪入射条件下波生流的物理模型实验结果进行比较,验证了该数值模型能较准确地计算沿岸流;通过改变波浪的不同入射条件,对不同入射条件的沿岸流数值模拟得出:当其他条件不变时,仅入射波高增大时,沿岸流的流幅和幅值增大,幅值位置向深水移动;仅增大入射周期时,沿岸流的流幅显著增加,幅值的增加较小;斜坡地形坡度的改变能显著影响波生沿岸流的流幅和幅值,但对沿岸流幅值位置的水深影响不大。采用窄缝法处理动边界时,选择合适的窄缝起始水深对沿岸流的准确计算是十分必要的。 相似文献
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海啸波传播的线性和非线性特征及近海陆架效应影响的数值研究 总被引：3，自引：2，他引：1
浅水方程被广泛应用于海啸预警报业务及研究,而针对线性浅水方程与非线性浅水方程在不同海区水深地形条件下的适用范围、计算效率问题是海啸研究人员急需了解的。本文应用基于浅水方程的海啸数值预报模型就海啸波在南海、东海传播的线性、非线性特征以及陆架对其传播之影响进行了数值分析研究。海啸波在深水的传播表征为强线性特征,此时线性系统对海啸波幅的模拟计算具有较高的精度和效率,而弱的非线性特征及弱的色散特征对海啸波幅的预报影响甚微,可以忽略不计。海啸波传播至浅水大陆架后受海底坡度变化、海底粗糙度等因素影响,波动的非线性效应迅速传播、积累,与线性浅水方程计算的海啸波相比表现出较大差异,主要表现为:在南海区,水深小于100m时,海啸波首波以后的系列波动非线性特征比较明显,两者波幅差别较大,但首波波幅的区别不大,因此对于该区域在不考虑海啸爬高的情况下,应用线性系统计算得到的海啸波幅也可满足海啸预警报的要求;在东海区由于陆架影响,海啸波非线性特征明显增强,水深小于100m区域,首波及其后系列波波幅均差异较大,故在该区域必须考虑海啸波非线性作用。本文就底摩擦项对海啸波首波波幅的影响进行了数值对比分析,结果表明:底摩擦作用对海啸波首波波幅影响仅作用于小于100m水深。最后,该文通过敏感性试验,初步分析了陆架宽度及陆架边缘深度对海啸波波幅的影响,得出海啸波经陆架传播共振、变形后,海啸波幅的放大或减小与陆架的宽度及陆架边缘水深有关。 相似文献
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珊瑚岸礁破碎带附近波浪演化实验研究 总被引：4，自引：1，他引：3
通过波浪水槽实验对珊瑚岸礁破碎带附近波浪演变规律开展研究,实验采用了概化的岸礁模型,测试了4种礁坪水深、4种礁前斜坡坡度和一系列入射波高的组合工况。对破碎带宽度和破碎带附近波浪的入射、反射、透射以及能量耗散进行了测量分析,透射波的计算考虑了礁坪上高次谐波的影响。结果表明:礁坪水深和入射深水波高的比值(即礁坪相对水深)是影响岸礁破碎带附近波浪演化的关键参数,而礁前斜坡坡度的影响在本文测量的范围内可以忽略不计。破碎带宽度与礁坪上浅水波波长为同一数量级,并与礁坪相对水深成反比;透射系数随礁坪相对水深的增大呈线性增长,而反射系数的变化却无类似规律;岸礁能够削弱超过50%入射波能,礁坪相对水深越小,波浪破碎造成的能量耗散越大。 相似文献
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基于非静压单相流模型（NHWAVE）,对随机波浪在透水珊瑚岸礁上传播过程进行了数值模拟,综合考虑入射波高、礁坪水深、谱峰周期、透水层厚度、透水层孔隙率以及颗粒的中值粒径等因素对岸礁波浪水动力特性的影响,重点分析了短波波高、低频长波波高、平均水位的沿礁变化,并与无透水层的岸礁情况进行了对比。研究表明：透水层的存在减弱了波浪在礁前斜坡的浅水变形和在礁缘附近的波浪破碎,显著降低了岸线附近的短波波高、低频长波波高以及波浪增水值,除此之外,透水层的存在会降低波浪在岸滩的最大爬高;透水层的孔隙率和颗粒的中值粒径对波浪传播变形特征的影响可忽略不计;入射波高和谱峰周期越大,岸礁透水层对短波、长波及波浪增水的影响越显著;当增大礁坪水深时,透水层对波浪的消减作用减弱;随着透水层厚度的增大,岸线附近的短波波高、长波波高和波浪增水值随之减小。 相似文献