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为合理确定防浪建筑物的越浪量,基于含非静水压力梯度项的非线性浅水方程建立了近岸波浪越浪数值模型。通过采用域内造波、消波并结合波前静压假定的破碎模型,模拟了规则波和不规则波在斜坡上的波浪传播变形,并在此基础上进行了越浪量数值计算。数值计算结果与物理模型实验结果表明,非静压模型可合理地描述波浪破碎点位置、破碎后的波高、增减水以及斜坡上的堤后越浪量。数值模型具有较高的计算精度和计算效率,可为实际工程防浪建筑物越浪以及堤顶高程的设计提供一种新的数值研究手段。 相似文献
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灾害性波浪是中国沿海地区最具破坏性的自然灾害之一。采用开源程序OpenFOAM中interFoam求解器，对低顶海堤（在风暴潮和海平面上升情况下所面临的不利工况）的孤立波越浪特性开展数值模拟研究。通过孤立波冲击海堤的基准算例，验证模型在模拟波浪爬升和越浪过程中大变形波面以及剧烈波浪力方面的精度。基于验证的数值模型，对孤立波在低顶海堤上的越浪特征以及防浪墙高度对越浪的影响开展参数化研究。结果表明堤顶超高减小导致更为剧烈的越浪。针对尚无低顶海堤孤立波越浪量经验公式的问题，提出新的适用于堤顶超高小或为0的孤立波越浪量经验公式。此外，研究发现增加防浪墙高度可有效减少越浪，但防浪墙所受的波浪力也增大。综合考虑防浪墙减少越浪以及自身所受波浪力，针对文中研究采用的海堤截面和波浪条件，建议无量纲防浪墙高度取为1.00。 相似文献
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准确确定越浪量对于斜坡堤设计有重要意义。利用格子Boltzmann方法(LBM),并采用主动吸收式速度入口造波、出流边界消波、VOF方法追踪自由表面以及静态Smagorinsky模型模拟紊流运动,建立二维数值波浪水槽,对光滑斜坡堤上规则波与不规则波越浪进行数值模拟。模拟结果与试验值及其他数值模型结果比较表明,二维LBM数值波浪水槽具有模拟斜坡堤越浪的能力,但对于破碎较为剧烈的越浪过程模拟,该模型还存在一定的不足,未来可从提高自由表面模型精度等方面进一步改善其性能。 相似文献
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本文基于雷诺平均的Navier-Stokes方程和k-ε模型求解湍流流动,采用流体体积法(Volume of Fluid,VOF)追踪自由表面运动,建立无反射波浪数值水槽,对多消浪室开孔沉箱的消浪特性进行数值模拟研究。将单消浪室和多消浪室开孔沉箱反射系数和结构前波面分布的数值分析结果与物理模型试验结果进行对比验证,两者符合良好。利用数值算例,研究多消浪室开孔沉箱的反射特性以及开孔结构附近的速度场和湍流强度分布。分析结果表明:波浪与开孔沉箱相互作用时,涡旋和湍动主要分布在开孔墙和消浪室内部自由表面附近;与单消浪室开孔沉箱相比,多消浪室开孔沉箱可以更有效的耗散波浪能量,降低结构的反射系数。本文分析结果可为开孔沉箱结构的工程设计提供参考依据。 相似文献
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植物消浪护岸模型实验研究 总被引：9，自引：1，他引：9
对于在堤岸上种树消浪这一新的护岸工程,根据实际波浪要素和现有实验设备条件确定出几何比尺,选取桧柏树枝作为防浪树的模型,筛选主要影响因素进行量纲分析,确定实验组次,对实验现象和数据作定性和定量的分析,得出防浪林应有相当的宽度,才能起到预期的防浪护岸效果,防浪林过窄,可能会引起“共振”现象,并且斜坡的消浪效果好于平坡,对实际工程可起参考作用。 相似文献
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人工柔性植被场中波浪衰减特性研究 总被引：2，自引：0，他引：2
通过SWAN-VEG模型对波浪在刚性及柔性植被中传播的模拟计算结果发现,SWAN-VEG模型能较好的模拟刚性植被场对波能衰减的特性,而对于柔性植被场的情况,则缺少合适的对阻力系数的估算方法。因而在传统的植被消浪模型的基础上,通过引入有阻尼的受迫振荡模型,来考虑柔性植被在不同入射波浪作用下的晃动效果,引入柔性植物体在波浪力下的避让因子D(D为植物运动速度与水质点流速的相对值),通过转换关系式来反映植被的柔性对阻力系数CD影响。对未考虑植被晃动的SWAN-VEG模型进行了修改,用于模拟计算波浪在柔性植被场中的衰减,并采用人工柔性材料进行物理模型试验对计算结果进行对比验证。结果表明,考虑植被晃动影响的模拟结果明显好于不计植被晃动影响的情况,验证结果的相关系数从0.68提高至0.83。由此说明在进行柔性植物消浪效果的研究中需考虑柔性植被的晃动效应,同时发现植被晃动效果的强弱与植物材质的固有频率ωn、阻尼比γ、植被高度hv以及入射波要素等因素有关。 相似文献
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应用经CSPM法和黎曼解修正后的光滑粒子流体动力学(SPH)方法,建立了主动吸收无反射数值波浪水槽,研究波浪作用下多孔介质结构的水动力特性。流体运动控制方程采用N-S方程,多孔渗水结构内流体的运动控制方程考虑渗流力的影响。数值计算结果给出了水槽内不同位置测点的波面历时曲线和越浪量随时间变化曲线,并同试验结果和Philip Liu的数值计算结果进行了比较。并对一个波浪周期内斜坡堤多孔介质结构内外的速度场和压力分布进行了讨论分析。计算分析表明,数值计算波面较Philip Liu的计算结果与试验结果吻合更好。说明应用SPH方法建立的二维数学模型能够较好地模拟破碎波在多孔渗水斜坡上的爬坡和越浪。 相似文献
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由于对海岸景观和生态环境影响较小,渗透潜堤被广泛用于沙滩整治修复和侵蚀防护。在波浪水槽中开展物理模型实验,研究潜堤对沙滩剖面演化的影响。采用浪高仪阵列和激光扫描仪采集了水面高程变化和沙滩剖面高程,分析了波浪传播的相关水动力特征,包括波高沿程分布、透射系数、波浪能谱以及非线性指标(偏度和斜度),不同入射波浪和潜堤设置情况时沙滩剖面的变形特征,统计了沙滩侵蚀关键因子(岸线蚀退距离、单宽侵蚀量等),探讨了沙滩侵蚀与波浪条件、渗透潜堤特征参数之间关系,提出了沙滩侵蚀量与渗透潜堤无量纲特征参数的估算公式。研究表明:在堤顶破碎、大孔隙介质阻力和堤前反射综合作用下,入射至近岸沙滩的波浪能量降低,潜堤具有消浪和沙滩侵蚀防护作用;泥沙整体离岸输运,潜堤向岸侧淤积;对于实验考虑的工况,潜堤位置变化对沙滩防护效果的影响较小,堤顶宽度增加更利于消浪和滩面防护,潜堤对于较强的波浪表现出更好的沙滩防侵蚀效果。 相似文献
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沿海盐沼潮滩可以有效降低波浪高度,耗散波浪能量,在海岸防护和沿海城市安全中扮演着重要角色。以长江河口崇明岛南侧盐沼潮滩为对象,基于不同潮间带实测波浪变化数据,采用波能衰减模型对波浪横向沿潮滩衰减状态进行定量分析,由此探讨波浪衰减主控要素。结果表明:波浪沿盐沼潮滩向岸传播过程中,波高以及波能大幅下降,其中光滩—芦苇前部区域波能平均下降19%,芦苇区域波能平均下降71%,有植被覆盖区域对波浪的衰减效应更为显著。同时,水深、入射波高及阻力是影响盐沼潮滩波浪衰减的主要因素,波浪衰减强度随水深增大而减小,入射波高增加以及阻力的增大而增强。 相似文献
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全球海岸生态系统正遭受气候变化及人类活动带来的威胁, 本文基于沙坝-潟湖系统海岸典型剖面形态, 通过设计实施动床波浪水槽试验, 定量研究了侵蚀浪条件下沉水植被对该系统海岸冲淤的影响。结果表明: 沉水植被明显削弱了沙坝前坡波浪破碎区前缘的波高增大幅度, 并使坝后波高衰减; 植被作用使波浪反射和透射系数减小、耗散系数增大; 侵蚀浪作用下, 沙坝坝顶冲刷较明显, 潟湖内呈淤积趋势, 海岸前丘受波浪冲刷呈陡坎形态。植被影响下沙坝和前丘区域最大侵蚀厚度均减小; 植被可减少沙坝净侵蚀量、潟湖内淤积量及离岸输沙量, 对海岸前丘有较好的保护作用。 相似文献
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近岸植被对波浪爬坡具有一定的衰减作用。在自然界中，由于植被的死亡、再生或人为破坏等原因，近岸植被通常呈片状分布，且其内部分布也是不均匀的。本文以完全非线性Boussinesq方程为基础，引入植被作用项，建立了模拟近岸植被区波浪传播的数值模型，验证了模型可靠性，进而采用该模型模拟分析了片状分布植被对孤立波爬高的影响。数值模拟结果表明，片状分布植被能有效减小孤立波爬高；对于均匀分布的片状植被，高密度片状植被对孤立波爬高的消减效果优于低密度片状植被；对于相同密度、不同分布形式的片状植被，均匀分布的片状植被对孤立波的消减效果优于不均匀分布的片状植被；对于不均匀分布的片状植被，前密后疏的片状植被对孤立波的消减效果优于前疏后密的片状植被。 相似文献
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Coastal wetlands such as salt marshes and mangroves provide valuable ecosystem services including coastal protection. Many studies have assessed the influence of plant traits and wave conditions on vegetation-induced wave dissipation, whereas the effect of tidal currents is often ignored. To our knowledge, only two studies investigated wave dissipation by vegetation with the presence of following currents (current velocity is in the same direction as wave propagation) (Li and Yan, 2007; Paul et al., 2012). However, based on independent experiments, they have drawn contradictive conclusions whether steady currents increase or decrease wave attenuation. We show in this paper that this inconsistency may be caused by a difference in ratio of imposed current velocity to amplitude of the horizontal wave orbital velocity. We found that following currents can either increase or decrease wave dissipation depending on the velocity ratio, which explains the seeming inconsistency in the two previous studies. Wave dissipation in plant canopies is closely related to vegetation drag coefficients. We apply a new approach to obtain the drag coefficients. This new method eliminates the potential errors that are often introduced by the commonly used method. More importantly, it is capable of obtaining the vegetation drag coefficient in combined current–wave flows, which is not possible for the commonly used calibration method. Based on laboratory data, we propose an empirical relation between drag coefficient and Reynolds number, which can be useful for numerical modeling. The characteristics of drag coefficient variation and in-canopy velocity dynamics are incorporated into an analytical model to help understand the effect of following currents on vegetation-induced wave dissipation. 相似文献
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针对近岸海域极端海况的防灾减灾问题,准确模拟追踪海啸波传播过程,再现液面局部射流、崩破波等波面湍动现象。建立SPH数值水槽,边界条件基于固壁粒子法,减少海堤坡角改变对计算域精度的影响,讨论粒子间距设置对模拟精度的影响。模拟7种不同海堤坡角下波浪的爬高与衰减情况,讨论了海堤坡角变化对消波系数的影响。当粒子间距设置为0.002 m时,模型能准确地捕捉海啸波的强非线性现象。随着海堤坡角增大,海啸波峰值爬升率增大,波浪越堤后因崩破波的产生,波能衰减进一步加剧。当坡角较小时,消波系数随坡角的增大提升明显,而后趋于缓慢增长。 相似文献
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The accuracy of predicting wave transformation in the nearshore is very important to wave hydrodynamics, sediment transport and design of coastal structures. An efficient numerical model based on the time-dependent mild-slope equation is presented in this paper for the estimation of wave deformation across the surf zone. This model incorporates an approximate nonlinear shoaling formula and an energy dissipation factor due to wave breaking to improve the accuracy of the calculation of wave height deformation prior to wave breaking and also in the surf zone. The model also computes the location of first wave breaking, wave recovery and second wave breaking, if physical condition permits. Good agreement is found upon comparison with experimental data over several one-dimensional beach profiles, including uniform slope, bar and step profiles. 相似文献
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海堤在防范海洋灾害,保障生命财产安全的同时,也造成了滨海湿地丧失或破碎化,生物多样性降低,消纳潮功能减弱,水质净化能力减弱等问题。生态海堤是满足海洋灾害防护要求、模拟滨海生态系统结构和生态过程,具有生态功能和美学价值的复合生态系统,具备抵御风暴潮涨水、抵御海浪侵蚀、防止水土流失、维护生物多样性和改善水质等功能,主要包括离岸防护、海向浅滩、海堤堤身三个系统。演替理论、边缘效应理论、中度干扰假说、生态位理论等生态学基础理论为生态海堤建设提供了理论依据。生态海堤建设应遵循防护优先、注重生态、因地制宜、自我维持的原则,通过减缓坡度、恢复植被或生境、增加微生境和提高表面粗糙程度等手段实现。生态海堤的关键技术主要包括设计技术、材料技术、系统集成技术和全过程管理技术。针对生态海堤建设存在的问题,下一步应加强基础研究和关键技术研发,开展生态海堤建设区划,建立标准体系,构建修复物种种质资源库,创新产业化发展模式。 相似文献