波浪辐射应力理论的应用和研究进展

回顾波浪辐射应力张量的概念，前人的研究成果表明微幅波的辐射应力理论是符合实际的.综述波浪辐射应力理论在海洋流体动力学中的应用，分析该理论在研究近岸流的形成、波浪增水和波浪减水、沿岸流流速的沿程分布、破波带内底部反向流的速度分布、河口海岸泥沙运动、海岸碎波拍和波流相互作用等问题中的应用.总结波浪辐射应力的研究进展，包括考虑有限振幅波和不规则波的辐射应力场以及微幅波辐射应力张量沿水深分布的研究，指出辐射应力张量沿水深分布的研究可以为探讨近岸水动力环境的垂直结构以及完善波流相互作用三维数学模型提供理论基础.为深入考察波浪辐射应力张量沿水深分布情况，提出进一步研究的思路.     

基于有限体积法的三维波生近岸流数值模型

波浪破碎产生近岸流是近岸浅水区域一个重要的水动力现象。该文利用辐射应力的概念,并考虑辐射应力沿水深的变化、波浪破碎引起的水滚以及波流共同作用下的水底剪应力,建立了基于有限体积法的三维波生近岸流数值模型。运用建立的数值模型模拟了两个实验室实验,并同实验的实测结果进行了对比。结果表明,建立的数值模型能够较好地模拟波浪破碎产生的近岸流。     

波浪辐射应力张量的垂向变化

将垂向考察区域分为波谷以下部分，波谷至平均水面部分以及平均水面以上部分，应用线性波理论，分段推求波浪辐射应力张量沿水深分布函数，通过欧拉坐标变换，建立了任意波向角时波浪辐射应力张量的计算表达式，给出深水及浅水条件下的渐近表达式，讨论了波浪辐射应力张量的垂向变化情况。     

基于抛物型缓坡方程模拟近岸波流场

波浪向近岸传播的过程中由波浪破碎等效应所形成的近岸波流场是近岸缓坡区域重要的环境动力因素之一。本文基于近岸波浪传播的缓坡模型对近岸波浪场及近岸波浪斜向入射破碎后所产生的沿岸波流场进行了数值模拟。考虑到波浪向近岸传播中局部复杂区域波向不易确定，计算时直接从波浪辐射应力定义出发，采用抛物型缓坡方程所给出的辐射应力公式来计算波浪产生的辐射应力，在此基础上耦合近岸波流场数学模型对近岸波浪破碎形成的波流场进行了数值模拟研究，结果表明本文的数值模型是有效的。     

波流共同作用下细沙粉沙质海岸复合沿岸输沙率计算

应用能量原理建立波浪作用下沿岸输沙率公式时,通常采用波浪的“载沙量”与沿岸流的乘积推导而得.对于一般的沙质海岸,由于岸滩坡度较陡,波浪破碎带较窄,破波带内潮流流速与破波产生的沿岸流相比较小,常可忽略.而对于细沙粉沙质海岸,岸滩坡度相对较缓,风暴潮期间,近岸波浪较大,破波水深较深,破波带较宽,近岸潮流流速也较大.因此,细沙粉沙质海岸风暴潮期间波浪和潮流共同作用下的复合沿岸输沙率计算应当考虑波浪和潮流的共同作用.在以往波浪作用下沙质海岸沿岸输沙率研究的基础上,通过波浪潮流共同作用下近岸水流特性和沿岸输沙率特性港池试验研究,得出了波流共同作用下复合沿岸流计算公式,据此,将能量输沙原理导出的沿岸输沙率计算公式推广应用到波流共同作用下的复合沿岸输沙率计算,经与模型试验结果和现场实测资料对比,吻合良好.该公式可以有条件地推广应用到细沙粉沙质海岸波浪潮流共同作用下复合沿岸输沙率计算.     

基于Boussinesq方程的近岸波流统一模型

用统一的理论正确描述近岸海域内不同尺度的水动力学现象是海岸水动力学研究的一个难题.本文通过将一种简单的波浪破碎模型引入到Boussinesq方程,建立了能够统一描述近岸水波和波生流的数学模型.将数学模型应用于计算浅滩上的波浪变形以及均一斜坡上平行于海岸的沙坝缺口附近的波生流,得到了良好的结果.     

波浪辐射应力对风暴增水的影响研究

波浪辐射应力引起的增水是风暴增水的重要组成部分,研究台风过程中波浪辐射应力在风暴增水中的作用对于准确预报风暴潮有十分重要的意义。选用藤田台风模型模拟台风场,采用SWAN模型模拟台风浪以及辐射应力,应用垂向积分的二维数学模型ADCIRC计算风暴潮。首先模拟理想地形条件下,规则波和不规则波斜向岸边入射过程中的波浪变化,研究波高、波浪辐射应力和增水的沿程分布特征;然后计算了台风Winnie过程中浙江沿海的波浪情况,通过计算得到了波浪辐射应力增减水的空间分布特征和随时间的变化趋势,并分析了其对风暴增水的影响。     

不规则波辐射应力的精确解与近似解

波浪辐射应力是波生沿岸流乃至近岸流的主要驱动力。波浪辐射应力的计算将直接关系到沿岸流的大小及其水动力特性。不规则波相对规则波更能反应实际海洋中的波浪运动,因此不规则波作用下辐射应力的计算将更能体现实际沿岸流中的波浪驱动力。通过推导给出不规则波辐射应力计算的精确解与近似解,并对两种计算方法进行了分析比较,在此基础上进一步用波生沿岸流试验结果对近似计算方法中的波能计算进行了验证。结果表明窄谱情况下,不规则波辐射应力的近似计算方法已有较好的精度,可节省大量的计算时间,从而提高计算效率,但精确计算方法更能准确反应各时刻各位置辐射应力的波动状况。     

波浪潮流共同作用下长兴岛海区二维悬沙输运数值模拟研究

根据近岸地区波浪、潮流与泥沙运动的规律,把波浪运动概化为在潮周期中具有时均意义的波浪流分布场,将波浪辐射应力以及波流底部剪切应力耦合到潮流运动方程和悬沙输运方程中,建立了非结构网格下近岸波浪和潮流共同作用下的二维悬沙输运数值模型。时间离散采用欧拉向前格式,空间离散采用有限体积法的显式格式。将模型应用于矩形海湾实验和大连长兴岛附近海区悬沙冲淤过程的实际算例。结果表明:波浪对潮位影响很小,但是对近岸流速有较为明显的影响;波流共同作用对近岸泥沙浓度影响比单纯考虑潮流作用可提高40%～100%的幅度。     

孤立波作用下珊瑚礁海岸附近流动特性研究

该文通过基于大涡模拟的三维数值模型研究了孤立波作用下珊瑚礁海岸附近的流动特性,考虑了两种礁坪水深的情况,通过物理模型实验对比验证了礁面上自由液面的空间与时间变化以及流速的时间变化,并运用数值结果进一步分析了流场和涡量场的沿礁变化规律。结果表明:该数值模型能合理地模拟不同礁坪水深下孤立波的浅水变形、破碎和滚波的运动以及波生流的变化。波浪破碎时礁坪上水流由亚临界流向超临界流转变,随后流速沿礁衰减。泻湖内的流速变化不再显著,波浪破碎伴随着强烈的水体涡动,涡动随着滚波的沿礁衰减而逐渐耗散,泻湖中的涡动几乎可以忽略不计。礁坪水深的增大显著降低了礁坪上的涡动强度。     

NUMERICAL SIMULATION OF WAVE-INDUCED CURRENT WITH VERTICALLY VARIED RADIATION STRESS

This article analyzes the vertical structure of the onshore current including the wave-induced current by an equation developed for the radiation stress against water depth. A coupled model COHERENS-SED is adopted to calculate the wave, tidal current, wave-induced current and sediment simultaneously. By applying the new model to Yangpu Bay, its reliability is verified. Then an ideal coastal domain is defined to simulate the nearshore current and wave setup with normal incident waves. The numerical and experimental results for the vertical structure show two undertows, also a visible setup in the surf zone. It demonstrates the importance of the radiation stress in wave-induced currents and mean water levels (set-up/down).     

DISTRIBUTION OF WAVE-INDUCED EXCESS MOMENTUM FLUXES OVER DEPTH AND APPLICATION TO THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL MODELING OF WAVE-CURRENT INTERACTIONS

1.　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｗａｖｅｄｙｎａｍｉｃｓ,ＬｏｎｇｕｅｔＨｉｇｇｉｎｓａｎｄＳｔｅｗａｒｔｈａｖｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈｅｗａｖｅｉｎｄｕｃｅｄｅｘｃｅｓｓｍｏｍｅｎｔｕｍｆｌｕｘｅｓｉｎｔｉｍｅａｖｅｒａｇｅｄａ?..     

Littoral drift by alongshore flow at Visakhapatnam – East Coast of India

The littoral drift in the surf zone of Visakhapatnam has been evaluated using simulated longshore current. In this study we examined littoral processes, driven by longshore currents using a set of numerical models (Mike-21 modeling system). Deepwater waves as they approach shallow water dissipate energy and the water from the broken waves flow parallel to the shoreline known as longshore current. In order to simulate the current from wave breaking, offshore wave data for the period 1995–2004, have been collected from British Meteorological Office (BMO), UK. Waves having an annual exceedance of 20% are allowed to propagate to nearshore using a nearshore spectral wind-wave model from predominant directions. The wave-induced radiation stress obtained from wave model then formed the basis for simulating the longshore current and associated sediment transport. The results of these simulations show the pattern of longshore flow and sedimentation. The net annual discharge at selected coastal stretches is estimated and presented. It has been inferred from the study that the sediment transport for the coast is of the order of 0.4–0.6 million m³/year.     

浅水波与圆弧型贯底式防波堤的相互作用

该文基于椭圆余弦波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了浅水波对圆弧型贯底式多孔介质防波堤绕射的波势解,并据此解析计算了作用于防波堤的水平波浪载荷与浅水波波面分布。计算结果表明:浅水波入射角与非线性影响参数、海况条件以及防波堤几何条件等因素的相对变化对波浪作用均存在一定的影响,结构透空可以明显减弱防波堤所受波浪作用。与微幅波理论对比可知:在一定浅水条件下采用椭圆余弦波一阶分量模型所计算的最大无量纲波浪力、力矩和波面分布值均明显高于微幅波理论的对应估值,反映了水波非线性因素的影响效应。     

波流相互作用下沿垂向的水流结构及其实验验证

本文研究了波流相互作用情形下波浪对水平流速沿垂向分布的影响。作者从Navier Stokes方程出发，用涡动粘滞系数模型来封闭波流相互作用下的流动方程，提出了一个求解整个水深内的断面流速分布的方法。理论计算与实验结果基本一致。     

Study of wave induced radiation stress and vertical mixing in the Yellow River runoff diffusion

The purpose of this paper is to study the role of wave induced radiation stress and vertical mixing in the Yellow river runoff diffusion in vertical profile. Firstly, only using a hydrodynamical model to simulate river runoff at yellow river estuary area, and then using a coupled model also to simulate yellow river runoff by introducing vertically varied radiation stress or wave induced vertical mixing. Under condition of only tide existing, river runoff diffused far away from coastal near water surface. When considering vertically varied wave radiation stress, the velocity increased and river runoff flowed near estuary not go into the sea. When considering wave induced vertical mixing, the surface velocity decreased and the value of velocity became to be uniformed. So the function of radiation stress and vertical mixing induced by wave is different.

     

REFLECTION AND TRANSMISSION OF WATER WAVES BY POROUS VERTICAL PLATES

The reflection and transmission of small amplitude surface waves by two verticalporous plates with spacing L fixed in the middle of an infinitely long channel of constant depthare studied.Analytical solutions in closed forms are obtained for the surface wave profiles.It isfound that,when the spacing L is a quarter-wavelength plus a multiple of the half-wavelength ofthe incident wave,not only the reflected wave amplitude but also the transmitted wave amplitudereduce to minima.On the other hand,when the spacing L is a multiple of the half-wavelengthof the incident wave,both the reflected wave amplitude and the transmitted wave amplitude havethe maximum values.For these two special cases,the energy dissipation caused by the twoporous plates and the water between them are also discussed.     

考虑成层地基的黏弹性人工边界模型

为了将黏弹性人工边界条件用于成层地基模型的计算中,基于波动理论,推导了不同类型地震波的波幅比计算公式,采用延迟法考虑行波效应,完成了成层地基的自由场求解,得到了考虑地震波一次反射透射的等效荷载计算公式,最终建立了考虑成层地基的黏弹性人工边界模型。以SV波垂直入射为例,采用所建立的模型进行了重力坝的动力计算。结果表明,该模型满足工程抗震分析的精度要求,可以解决成层地基条件下,地震波垂直入射时考虑土-结构相互作用的结构动力分析问题。