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1.
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
2.
通过在波浪水槽中采用概化的珊瑚岸礁物理模型来研究珊瑚礁海岸附近波浪增水的变化规律,包括平均自由表面的沿礁变化以及礁坪上的最大增水值。物理模型实验分别测试了不同礁面糙率密度影响下的一系列不规则波工况。结果分析表明:礁面粗糙时礁坪上的透射波高和最大增水值均相对于礁面光滑时减小;通过两个无量纲参数分析表明光滑礁面时,礁坪上最大增水随波要素的变化规律与此前研究数据基本吻合,前人研究推荐的无量纲数■和■需考虑礁面粗糙度的影响;礁面粗糙程度不同时,礁坪上的透射波高随礁面糙率密度的增大而减小,礁坪上的最大波浪增水则随之增大;最后通过沿水深积分对波浪求平均的水平一维动量方程解释了本实验的观测现象。 相似文献
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通过在波浪水槽中采用概化的珊瑚岸礁物理模型来研究珊瑚礁海岸附近波浪增水的变化规律,包括平均自由表面的沿礁变化以及礁坪上的最大增水值。物理模型实验分别测试了不同礁面糙率密度影响下的一系列不规则波工况。结果分析表明:礁面粗糙时礁坪上的透射波高和最大增水值均相对于礁面光滑时减小;通过两个无量纲参数分析表明光滑礁面时,礁坪上最大增水随波要素的变化规律与此前研究数据基本吻合,前人研究推荐的无量纲数■和■需考虑礁面粗糙度的影响;礁面粗糙程度不同时,礁坪上的透射波高随礁面糙率密度的增大而减小,礁坪上的最大波浪增水则随之增大;最后通过沿水深积分对波浪求平均的水平一维动量方程解释了本实验的观测现象。 相似文献
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通过波浪水槽实验对大糙率礁面存在下珊瑚礁海岸附近规则波非线性特征参数(偏度、不对称度和厄塞尔数)的变化规律进行了研究。实验采用圆柱体阵列来模拟礁面的粗糙度,测试了一系列规则波工况。结果表明:偏度、不对称度和厄塞尔数的幅值分别在珊瑚礁破碎带结束位置、破碎带内和破碎带开始位置达到最大。3个参数的幅值均随着入射波波高的增大而增大;偏度值随着波浪周期的增大而减小,不对称度幅值和厄塞尔数随着周期的增大而增大;偏度值随着礁坪水深的增大而增大,不对称度幅值和厄塞尔数随着礁坪水深的增大而减小。深水厄塞尔数可以用来描述礁坪上波浪非线性参数的变化,最后给出了用其预测礁坪上3个非线性特征参数的经验关系式。 相似文献
5.
珊瑚礁破碎带附近波浪演化和波生流实验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
为了研究珊瑚岸礁破碎带附近波浪演化和波生流特性,通过水槽实验对规则波浪作用下珊瑚岸礁上沿礁分布的水位和流速进行了详细的测量。在典型卷破波条件下,测试了礁冠存在与不存在的两种情况。实验结果表明,多重波浪反射作用引起岸礁上形成不完全驻波,而破碎带附近的浅化作用则产生高次谐波,波浪破碎所耗散的波能主要来源于主频波,礁坪上透射波成分中二次谐波与主频波的能量相当;礁冠的存在引起破碎带宽度减小、礁坪上增水变大以及礁坪上各次谐波变小;礁冠不存在时,岸礁上波生流的沿礁分布与平直海岸相似,而礁冠的存在一定程度上阻碍了礁坪上水体向外海的回流。研究成果将丰富和发展珊瑚礁水动力学理论,并为岛礁工程的建设和维护提供一定的理论参考。 相似文献
6.
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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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
8.
本文通过物理模型试验研究了波流共同作用下珊瑚礁冠层附近平均流的分布特征以及阻力特性，分析了典型波浪工况下无潮流、正向潮流和反向潮流分别作用下平均流速、摩阻流速、阻力系数的沿礁变化规律。结果表明：无潮流时礁前斜坡及外礁坪上存在海底回流且在礁缘附近回流最强，在礁坪上冠层附近平均流表现为向岸流，且该流沿礁向海岸方向持续增大。相较于无潮流时，正向潮流作用下冠层内外均为向岸流，在礁坪上冠层内外的向岸流显著增大；反向潮流作用下冠层内外均为离岸流且在礁缘处达到最大，该离岸流在礁坪上逐渐减小然后趋于稳定。无潮流时礁坪上摩阻流速呈小幅波动；相较于无潮流时，正向潮流、反向潮流影响下礁坪上摩阻流速显著增大，其中正向潮流影响下增幅更大；无潮流时礁坪上水力粗糙度沿礁减小，正向潮流和反向潮流影响下水力粗糙度普遍有幅度不等的增加。三种工况下礁坪上的阻力系数均沿礁整体呈下降趋势，相较于无潮流时，正向潮流和反向潮流影响下礁坪上的阻力系数显著增大，且正向潮流作用时增幅更大。 相似文献
9.
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
10.
通过在波浪水槽中进行一系列物理模型实验, 研究珊瑚礁礁坪宽度变化对珊瑚礁海岸附近波浪传播变形及礁坪上波浪增水的影响。物理实验采用理想化的珊瑚礁模型, 测试了3种礁坪宽度下的一系列不规则波工况。实验结果分析表明: 波浪沿礁传播过程中, 短波持续衰减; 低频长波波高沿礁逐渐增大, 直到海岸线附近达到最大; 随着礁坪宽度的增加, 海岸线附近的短波波高呈下降趋势, 低频长波波高的变化规律不显著; 礁坪上的波浪增水受礁坪宽度变化的影响不明显; 通过对海岸线附近的波浪进行频谱分析发现, 礁坪上低频长波的运动存在着一阶共振模式, 且共振放大效应强度受礁坪水深、入射波峰周期和礁坪宽度共同影响。 相似文献
11.
Wave hydrodynamics over fringing reefs is largely controlled by the reef surface roughness and hydrodynamic forcing. It is believed that climate change will result in a net increase in the water depth over the reef flat, a degrading of the surface roughness of coral reefs and changes in extreme incident wave heights. For an accurate assessment of how climate change affects the safety of reef-fringed coasts, a numerical study of the impact of climate change on irregular wave run-up over reef-fringed coasts was carried out based on a Boussinesq wave model,FUNWAVE-TVD. Validated with experimental data, the present model shows reasonable prediction of irregular wave evolution and run-up height over fringing reefs. Numerical experiments were then implemented based on the anticipated effects of climate change and carried out to investigate the effects of sea level rise, degrading of the reef surface roughness and increase of extreme incident wave height on the irregular wave run-up height over the backreef beach respectively. Variations of run-up components(i.e., spectral characteristics of run-up and mean water level) were examined specifically and discussed to better understand the influencing mechanism of each climate change-related effect on the run-up. 相似文献
12.
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
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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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Many low-lying tropical and sub-tropical atolls fringed by coral reefs are susceptible to coastal inundation during extreme wave events. Previous studies have shown that the infragravity (IG) wave is the dominant component of shoreline run-up compared to the sea and swell (SS) wave and the wave-induced setup. To better understand both the SS and IG wave dynamics over a fringing reef with various morphologies, a series of laboratory experiments were conducted in a wave flume based on an idealized fringing reef profile. The shoreline responses of waves to different reef morphologies with/without the reef crest, the lagoon and the reef surface roughness were examined. IG wave resonance on the reef flat was identified by a spectral analysis of the shoreline wave records. Subsequently, a numerical model based on the Boussinesq equations was validated by the experimental data. The model was then applied to investigate the impacts of varying reef morphologic features (fore-reef slope, reef-crest width, lagoon width, and reef roughness coefficient) on the shoreline wave motions. 相似文献
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基于礁坪上高分辨率的波浪测量,通过波浪水槽试验分析了短波、低频长波、平均水位、波形参数和非线性参数的沿礁变化规律,重点探讨礁坪中部存在人工采掘坑对上述波浪传播变形特征的影响,并与无坑的情况进行对比。研究表明:当人工采掘坑存在时,短波波高在坑前和坑内分别增大和减小,在礁后岸滩附近却无显著变化;低频长波波高在坑附近变化不大,在岸滩附近却略微减小;波浪增水在坑和岸滩附近均无显著变化。采掘坑存在的情况下,波浪的偏度和不对称度在坑附近分别减小和增大,而厄塞尔数在坑附近却几乎不变。相关性分析发现低频长波的产生机理几乎不受采掘坑的影响,采掘坑的存在增加了低频长波的反射,破坏了礁坪的共振模式,从而使低频长波在岸滩附近有所削弱。 相似文献
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为使防波堤同时具有良好的掩护效果和水体交换能力,提出了两种带有透浪通道的新型直立式防波堤。基于Fluent求解器建立了三维数值波浪水槽,通过与试验结果对比,验证了该数值水槽求解波浪与透空堤作用具有较高的精度。对两种防波堤在规则波作用下的透浪特性进行了研究,结果表明:透射系数K_t与透空率呈正线性相关,且可通过调整透浪通道间距,使相同透空率下K_t降低20%～30%。对同一结构,K_t随相对波长的增大而显著增大,但受相对波高的影响较小。在透空率大于0.16后,异型沉箱防波堤的消浪性能明显优于错位沉箱。基于数值计算结果,给出了以上两种透空堤波浪透射系数的经验公式。 相似文献
17.
Franoise Ozanne Andrew J. Chadwick David A. Huntley David J. Simmonds John Lawrence 《Coastal Engineering》2000,41(4)
In this paper, the performance of a 1-D Boussinesq model is evaluated against laboratory data for its ability to predict surf zone velocity moments. Wave evolution over a plane beach and a complex bathymetry both extending into the surf-zone is examined for six cases. For the plane beach, these comprise two cases, a spilling and a plunging cnoidal wave. For the complex bathymetry, these comprise four cases of longer and short wavelengths (spilling and plunging breakers), with regular and irregular periodicity. The model evaluation places emphasis on parameters of the wave field that could be used for the prediction of sediment transport; orbital velocity, undertow, velocity skewness, kurtosis and asymmetry. It is found that, despite an overestimation of the depth-averaged horizontal velocity in the regular waves cases, the predicted higher order velocity moments and undertow are in good agreement with the laboratory data. A bispectral analysis demonstrates that the nonlinear transfers of energy amongst the low order harmonics are well reproduced, but energy exchanges with the higher harmonics are less well predicted. As a result, the model handles velocity moments better in the shorter wave tests than in the long wave cases where triad interactions are stronger. Of the four parameters describing wave breaking, the model behaviour is most sensitive to the critical wave front slope φB, especially with regard to velocity skewness and kurtosis predictions. It is also found that increasing the thickness of the surface roller for the case of plunging breakers improves the model's performance. 相似文献