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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.
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
3.
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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通过分析实验室风浪资料,研究风浪波高间的相关性以及波群中波高累积概率问题,发现风浪波高间相关性虽然主要发生在相邻波之间,但在隔1个波和隔2个波的波高间仍存在一定的相关性。谱宽度对波高间的相关性产生影响,但在相邻波、隔1个波和隔2个波情形下,谱宽度对波高间的相关性的影响方式不同。在相邻波情形下,谱宽度主要影响较大波高间的相关性,对各种高度波高间的总体相关性影响很小。而在隔1个波和隔2个波情形下,谱宽度对各种高度波高间的总体相关性有明显影响。根据实验结果提出含有波高相关因子的波群中多个波波高累积概率分布。 相似文献
5.
基于有限差分法建立高阶Boussinesq方程的一维数值模型,时间步进上采用三阶预报、四阶校正格式。在验证数值模型适用性的基础上研究了坡度、水深和波高对孤立波分裂位置、主峰和次峰波高大小的影响,证明了孤立波的分裂与非线性特征有关。坡度缓,非线性演化的时间长,孤立波更易分裂,但坡度变缓不会明显增强波浪非线性特征,从而对主、次峰波高影响不大;入射波高大、水深浅(深水水深或浅水水深)的孤立波非线性特征更强,波形更尖锐,孤立波更易发生分裂,且主、次峰波高也越大。 相似文献
6.
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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考虑根茎叶的近岸植物对海啸波消减实验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
《热带海洋学报》2017,(5)
在理论分析的基础上通过物理模型实验研究了海啸波与近岸植物的相互作用。实验中借助孤立波模拟海啸波,并采用综合考虑根、茎、叶的植物模型,分析了近岸植物根、茎、叶及分布密度对海啸波消减特性的影响。结果表明,根、茎、叶均在不同程度上对近岸植物消波特性产生影响,本次实验条件下得到了孤立波透射系数与表征水动力因素的相对波高及表征植物因素的相对树根高度、相对树干高度、相对树冠高度、相对植物带宽度、分布密度之间的关系式,揭示了近岸植物消波特性与水动力因素和植物因素的内在联系,为减小海啸灾害提供一定的理论指导。 相似文献
8.
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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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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孤立波与带窄缝双箱相互作用模拟研究 总被引：1，自引：1，他引：0
针对孤立波与带窄缝双箱的作用问题,应用时域高阶边界元方法建立了二维数值水槽。其中,自由水面满足完全非线性运动学和动力学边界条件,对瞬时自由表面流体质点采用混合欧拉-拉格朗日法追踪,采用四阶龙格库塔法对下一时刻的自由水面的速度势和波面升高进行更新。采用加速度势法求解物体湿表面的瞬时波浪力。采用推板方法生成孤立波。通过模拟孤立波在直墙上的爬高以及施加在直墙上的波浪力,并与已发表的实验和数值结果对比,验证本数值模型的准确性。通过数值模拟计算研究了窄缝宽度、方箱尺寸对波浪在箱体迎浪侧爬高,窄缝内波面升高,箱体背浪侧透射波高及箱体受波浪荷载的影响。同时研究了有一定时间间隔的双孤立波与带窄缝双箱系统作用问题。 相似文献
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Understanding the sediment transport and the resulting scour around coastal structures such as pile breakwaters under local extreme wave conditions is important for the foundation safety of various coastal structures. This study reports a wave-flume experiment investigating the scour induced by solitary waves at a pile breakwater, which consists of a row of closely spaced large piles. A wave blacking gate with a simple operation procedure in the experiment was designed to eliminate possible multiple reflections of the solitary wave inside the flume. An underwater laser scanner and a point probe were used in combination to provide high-resolution data of the bed profile around the pile breakwater. Effects of incident wave height and local water depth on the maximum scour depth, the maximum deposition height and the total scour and deposition volumes were examined. An existing empirical formula describing the evolution of the scour at a single pile in current or waves was extended to describe the scour at the pile breakwater under the action of multiple solitary waves, and new empirical coefficients were obtained by fitting the formula to the new experimental data to estimate the equilibrium scour depth. It appears that the maximum scour depth and the total scour volume are two reliable quantities for validation of numerical models developed for the scour around pile breakwaters under highly nonlinear wave conditions. 相似文献
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合理的刚度和潜深设计可以使升沉水平板获得优异的消浪性能。基于考虑流体黏性的二维不可压缩Navier-Stokes方程,以高阶紧致插值CIP(constrained interpolation profile)方法求解方程对流项,采用VOF(volume of fluid)方法重构自由液面,构建二维数值波浪水槽。采用试验数据验证模型后,研究孤立波与升沉水平板相互作用,分析相对刚度K*、相对潜深d/h、相对波高H/h对于升沉板的消浪性能和运动响应的影响,揭示升沉板对孤立波的消浪机理。研究表明:在孤立波通过时,升沉板会经历一个先上升后下降的运动,随后非线性自由振动,板下方水体近似均匀流动,且水流的垂向流动与板的垂荡方向一致;升沉板主要通过不对称涡旋脱落、浅水变形、波浪反射与辐射波转化等方式消耗孤立波能量;一定条件下,采用最优相对刚度K*=4.0和最优相对潜深d/h=0.52可以取得良好的消浪效果,此时透射系数最小,同时升沉板的运动响应在合理的范围内。 相似文献
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为研究内孤立波与沙波的相互作用，本文对基于OpenFOAM的SedWaveFoam求解器进行改进，建立了内孤立波-泥沙运动欧拉两相流模型。在利用试验资料对模型进行验证的基础上，在南海北部典型代表性条件下，模拟分析了500 m水深位置沙波床面上内孤立波作用下的水动力变化和泥沙运动。结果表明，内孤立波逐渐离开沙波时，海底沙波背流面处出现与内孤立波背景流速反向的流速，在内孤立波导致的流场作用下，沙波床面上的泥沙悬起并运动到床面以上的水体中。振幅100 m的内孤立波可以导致床面以上14 m高的位置处出现约0.07 kg/m3的悬沙浓度。 相似文献
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潮滩上波高的时空变化及其影响因素——以长江三角洲海岸为例 总被引：1，自引：0，他引：1
于2009—2010年的不同季节在崇明东滩北部、中部、南部以及杭州湾北岸东段的芦潮港岸段,利用目前先进的SBE 26plus浪潮仪进行了多个潮周期的波浪观测。研究表明,观测期间潮周期平均风速为1.9～11.0m/s、最大风速为2.8～12.1m/s,各测点潮周期平均水深为0.28～2.12m,高潮位最大水深为0.37～3.19m,潮周期有效波高为0.03～0.45m,最大波高为0.08～1.59m。波高的时空变化受风速、风向、水深和岸滩坡度的综合影响。通常情况下,向岸风期间的波浪较大;风速、水深、岸滩坡度越大,潮滩上的波高也越大。空间上,岸滩坡度最小的崇明东滩中部(坡度0.6‰)测点波高和水深之间的相关性最好,岸滩坡度最大的芦潮港潮滩(坡度8.7‰)测点两者间的相关性最差。时间上,波高和水深之间的相关性与风速、风向的变化有关。因此,只有在潮滩坡度较小(例如<1‰),风速、风向较为稳定时,波高和水深之间的显著正相关关系才存在。要了解某个潮滩的波浪特征,有必要利用先进的仪器进行系统的原位观测,而非简单地借助其它潮滩的波浪研究结果。研究推断,在向岸强台风和大潮高潮位阶段,崇明东滩中潮线附近的最大波高可达1.5～2.0m,芦潮港堤外潮滩的最大波高可达2m以上。 相似文献
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Jintang Ou Haoyan Dong Liangwen Jia Xiangxin Luo Zixiao He Kanglin Chen Jing Liu Yitong Lin Mingdong Yu Mingen Liang 《海洋学报(英文版)》2022,41(5):51-63
Knowledge of sediment variation processes is essential to understand the evolution mechanism of beach morphology changes. Thus, a field measurement was conducted at the Heisha Beach, located on the west coast of the Zhujiang River(Pearl River) Estuary, to investigate the short-term variation in suspended sediment concentrations(SSCs) and the relationship between the SSC and turbulent kinetic energy, bottom shear stress(BSS), and relative wave height. Based on extreme event analysis results, extr... 相似文献
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基于水槽实验,研究植物对孤立波作用下直立堤局部冲刷的影响。通过改变实验入射波高、植物带的宽度和密度,分析各要素对直立堤局部冲刷的影响。实验对波高沿程变化、孤立波越堤、回落过程以及地形演变进行全程的测量和记录,并进行有无植物带保护的直立堤局部冲刷对比分析。结果表明,植物带的存在,使得堤后相对最大冲刷深度显著减小,堤前冲刷形态由单峰式"L"型变为双峰式淤积沙坝形态,且冲刷位置由原堤脚前移至植物带所在位置,冲刷范围大幅增加。减小植物带密度或者植物带宽度会使近岸侧或是离岸侧的相对最大冲刷深度和相对最大淤积高度有增大的趋势,但是当入射波高增大时,二者的影响不显著。该研究对实际工程中植物带的合理布置提出了具有参考性的建议,对减少堤防工程的冲刷和损失有一定现实意义。 相似文献
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Studies of the breaking criteria for solitary waves on a slope are presented in this paper. The boundary element method is used to model the processes of shoaling and breaking of solitary waves on various slopes. Empirical formulae that can be used to characterize the breaking of solitary waves are presented. These include the breaking index, the wave height, the water depth, and the maximum particle velocity at the point of breaking. Comparisons with the results of other researches are given. 相似文献
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针对目前小油田早期生产中存在的不足,提出一种适用于浅水海域的新型张力腿式储油处理平台,该平台主要由储油箱、浮箱、吸力桩、系泊链和甲板结构构成,具备原油处理和储存功能。应用非线性时域耦合分析法,研究了有义波高、平均波周期、水深对该平台的运动响应和系泊链张力的影响。计算结果表明,波高对平台动力响应有较大影响,有义波高每增加0.4 m,平台水平位移相应增加0.408 m,而系泊链力随有义波高的增加呈准线性增大;波周期对平台水平运动影响显著,平均波周期从6.5 s逐级变化至8.5 s时,最大水平位移自3.760 m渐增至5.467 m,而波周期对系泊链力影响较小,变化率一般小于10%;该新型平台对水深大于20 m的浅水海域有良好的动力特性,而对水深小于20 m的海域却表现异常。因此,该新型张力腿式平台能满足水深不小于20 m浅海区的油田早期生产需要。 相似文献