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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
2.
近年来,越来越多的海岸工程与军事活动在岛礁上展开。研究岛礁地形上拍岸浪的传播特征具有重要的指导作用和现实意义。在对波浪破碎的研究中,数值模拟方法以其经济可行、操作性强的优势而得到了广泛的应用。本文采用基于完全非线性Boussinesq方程的数值模型FUNWAVE-TVD模式,对岛礁地形上拍岸浪的传播过程进行模拟,并将模拟结果与实验室数据进行对比。在此基础上,通过修改岛礁前坡坡度,分析了不同坡度下波浪的传播变化特征。结果表明,FUNWAVE-TVD模式能够较为准确地模拟岛礁地形上拍岸浪的非线性作用以及破碎现象。波浪破碎位置随岛礁前坡坡度的减小而前移。 相似文献
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目前的拍岸浪统计计算模型主要针对缓坡地形,对于陡坡-礁盘地形拍岸浪计算模型的研究还非常少。本文中整理了国际上多种拍岸浪统计计算模型,利用波浪水槽实验数据检验了这些模型在陡坡-礁盘地形上的适用性,推荐Komar模型用于陡坡拍岸浪计算。基于波浪水槽实验对比分析了缓坡地形和陡坡-礁盘地形上的拍岸浪演变特征,初步提出了礁盘地形上一种新型拍岸浪统计计算模型,它和Komar模型组合,对陡坡-礁盘地形的拍岸浪具有较强的模拟能力。计算得到陡坡段和礁盘段破碎波高的平均相对误差分别为4.45%和5.04%。本文研究成果可以为岛礁地形上拍岸浪的预报及相关数值模拟研究等提供数据和参考。 相似文献
4.
破碎波高是珊瑚礁地形上波浪演化的重要参数之一,对工程安全和海岸变形具有重要影响。通过二维波浪水槽,对珊瑚礁地形上破碎波高进行试验研究,分析破碎波高随波陡、礁坪水深以及礁前斜坡坡度的变化。研究表明,相对破碎波高随相对礁坪水深的增大而增大,随入射波陡的增大而减小,但礁前斜坡坡度对相对破碎波高的影响并不明显。通过引入相对礁坪水深,将经典的破碎波高计算公式拓展至珊瑚礁地形上破碎波高的计算。该公式计算值与前人的试验值进行对比验证,吻合较好。研究成果可为工程实践和数值模拟提供参考与借鉴。 相似文献
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采用基于完全非线性Boussinesq方程建立的精细化海浪数值模型——Funwave-TVD模式及水槽实验数据进行拍岸浪数值模拟研究,并对不同入射情况拍岸浪进行数值模拟得出:拍岸浪缓坡传播过程中,均符合波高先增大直至破碎后迅速减小这一现象;在典型坡度1.91°(1∶30)情况下,进行了大量数值模拟,当仅入射波高增大时,破碎波高增大,破碎位置向深水区移动;当仅入射周期增大时,除上述特征外,当周期增大到一定程度时,这种趋势显著减弱;同时,当入射周期和波高较大时,非线性效应增强,模拟结果出现不稳定。下一步将利用实验与数值模拟相结合的优势,对前人拍岸浪预报方法和理论进行深入分析研究,为实现拍岸浪精细化预报提供优化解决方案。 相似文献
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波浪在珊瑚礁地形上破碎特性试验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
对波浪在珊瑚礁地形上的传播特性进行了物理试验研究,将珊瑚礁地形简化为坡度为1∶5的陡坡(向海坡)加较长水平礁坪段的地形,对规则波和不规则波在该地形条件下的波浪破碎及波高沿程衰减进行了研究。结果表明,波高较小时,波浪破碎发生在礁坪上,但随着入射波高的增大,破碎位置逐渐向来浪方向移动,直至在向海坡段破碎。对于在礁坪上破碎的波浪,相对水深db/L0一定的条件下,破碎波高与入射波陡H0/L0相关,且变化趋势受相对水深db/L0的影响。同时给出了该地形条件下波浪破碎指标以及礁坪段破碎后沿程波高的计算公式。 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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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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对三维波浪在岛礁地形上的传播特性进行了物理模型试验研究。为了探究三维波浪在岛礁地形上传播的破碎指标,将岛礁地形简化为1∶5的向海坡与水平礁坪相连的物理模型。对于不同波况下的规则波、不规则波、多向波在该地形上的破碎特性进行了研究。结果表明,在该地形条件下,较大入射波高的波浪均在礁坪上发生破碎,并且随着入射波高的增大,破碎位置向来浪方向移动,破碎指标与入射波陡H_0/L_0相关,斜向波浪传播受入射角度的影响。同时,文中也给出了在该地形下波浪的破碎指标,并将三维结果与二维结果进行了对比。 相似文献
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一个数值计算模型用以模拟黑潮受南东海大陆坡折阻挡时的路径变化,参照台湾东北部实际地形,本文设计了一个理想化的计算区域。计算结果表明,一部分黑潮水受阻于坡折而直接右拐,另一部分爬坡侵入陆架,而后回到坡折,与前一部分汇合一起几乎沿着坡折前进。通过数值分析,我们得到,在台湾东部及东北部附近,非线性效应不可忽略,而在其他海区,地转平衡是一种很好的近似。惯性效应是黑潮源地涡旋的主要形成机制。黑潮在陆架坡折附近的流型是以定态地形Rossby波表现出来的。波长与基本流的流速、涡度及涡度的侧向剪切有关。另外,波长分布不但与地形坡度,而且也与水深有关。在坡折附近,随着水深变浅,其波长逐渐变短。这种流态在我们的数值模拟结果中得到了显示,并且与实测资料中的陆架坡折附近水温等值线的弯曲形态是一致的。 相似文献
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基于激波捕捉类Boussinesq模型对岛礁地形上波浪传播的数值模拟 总被引：2，自引：2，他引：0
为了探究激波捕捉类Boussinesq模型在模拟岛礁地形上规则波和不规则波传播的可行性,采用基于完全非线性Boussinesq方程并具有激波捕捉能力的数值模型Funwave-TVD对规则波和不规则波在岛礁地形上的传播进行了数值模拟,通过与试验数据对比,分析模型中空间步长的影响,验证模型在模拟波高、平均水位分布以及波谱空间演变的能力,结果表明:采用合适的空间步长,模型能较好地模拟规则波和不规则波在岛礁地形上的传播和演化过程。对于规则波,较小的空间步长可改善破碎点处波高峰值的预测,并能更好地预测波浪破碎后波高的空间分布,相比结合经验破碎的Boussinesq模型,Funwave-TVD能更好地模拟规则波在岛礁地形上的破碎,以及破碎以后行进涌波的再生成过程;对于不规则波,Funwave-TVD总体而言能较好地模拟涌浪有效波高、次重力波的生成及空间演化和平均水位,但会低估礁坪上次重力波波高,较粗的空间步长也会低估礁坪上涌浪有效波高。 相似文献
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南沙群岛珊瑚礁动力地貌特征 总被引：1，自引：0，他引：1
南沙群岛受季风、台风和波浪的影响，珊瑚礁体呈ＮＥ－ＳＷ向椭圆形态，西南礁坪宽于东北礁坪。位于不同波能带内的珊瑚礁体发育了与之相适应的动力地貌单元。礁前斜坡高波能带地形陡峭，向风坡礁脊一槽沟系发育。外礁坪消耗大量波能，广泛覆盖生物碎屑，珊瑚生长稀疏。内礁坪宽广平坦，珊瑚生长良好。外礁坪堆积许多大礁块，尤以东北礁坪为甚。在湖低波能带，通常东坡缓于百坡，湖盆一般浪静流缓，为生物碎屑堆积区。 相似文献
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When waves propagate from deep water to shallow water, wave heights and steepness increase and then waves roll back and break. This phenomenon is called surf. Currently, the present statistical calcula... 相似文献
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Wave elevations and water particle velocities were measured in a laboratory surf zone created by the breaking of a narrow-band irregular wave train on a 1/35 plane slope. The incident waves form wave groups that are strongly modulated. It is found that the waves that break close to the shoreline generally have larger wave-height-to-water-depth ratios before breaking than the waves that break farther offshore. After breaking, the wave-height-to-water-depth ratio for the individual waves approaches a constant value in the inner surf zone, while the standard deviation of the wave period increases as the still water depth decreases. In the outer surf zone, the distribution of the period-averaged turbulent kinetic energy is closely correlated to the initial wave heights, and has a wider variation for narrow-band waves than for broad-band waves. In the inner surf zone, the distribution of the period-averaged turbulent kinetic energy is similar for narrow-band waves and broad-band waves. It is found that the wave elevation and turbulent kinetic energy time histories for the individual waves in a wave group are qualitatively similar to those found in a spilling regular wave. The time-averaged transport of turbulent kinetic energy by the ensemble-averaged velocity and turbulence velocity under the irregular breaking waves are also consistent with the measurements obtained in regular breaking waves. The experimental results indicate that the shape of the incident wave spectrum has a significant effect on the temporal and spatial variability of wave breaking and the distribution of turbulent kinetic energy in the outer surf zone. In the inner surf zone, however, the distribution of turbulent kinetic energy is relatively insensitive to the shape of the incident wave spectrum, and the important parameters are the significant wave height and period of the incident waves, and the beach slope. 相似文献
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This paper presents the results of a parametric study of irregular wave run-up over fringing reefs using the shock-capturing Boussinesq wave model Funwave-TVD to better understand the role of fringing reefs in the mitigation of wave-driven flooding. Laboratory experiments were newly performed with a typical fringing reef profile and typical hydrodynamic conditions to validate the model. Experimental data shows irregular wave run-ups are dominated by the low-frequency motions and confirms the run-up resonant phenomenon over the back-reef slope, which has been revealed in previous numerical studies. It is demonstrated that irregular wave evolution and run-up over fringing reefs are reasonably reproduced by the present model with a proper grid size. However, the infragravity run-up height and highest 2% run-up height over the back-reef slope are under-predicted due to the underestimation of the infragravity wave height over the reef flat. The validated model was then utilized to model irregular wave transformations and run-ups under different conditions. Through a series of numerical experiments, the effects of key hydrodynamic and reef geometry parameters, including the reef flat width, water depth over the reef flat, fore-reef slope angle and back-reef slope angle, on the irregular wave run-up were investigated. Variations of spectral components of irregular wave run-ups were examined to better understand the physical process underlying the effect of each parameter. 相似文献