河口海域波浪堆積的形成機理及其數值模擬研究

《河口海域波浪堆積的形成機理及其數值模擬研究》是依託河海大學，由鄭金海擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：河口海域波浪堆積的形成機理及其數值模擬研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：鄭金海
• 依託單位：河海大學

項目摘要

套用波浪理論和數值分析方法，推求二維平面上的波浪堆積演化關係式，分析河口海域波浪堆積變化特性。進行港池物理試驗，利用波高儀、ADV等儀器量測波浪要素和水流速，通過量綱分析，總結不同工況波流相互作用下波浪堆積的變化規律。從流體動力學基本原理出發，建立考慮波流相互作用的平面二維多向隨機波浪傳播變形數值模型和強逆流條件下波浪破碎的能量耗散表達式，利用實驗資料對模型結果進行驗證，研究強流對波浪場的影響機制和影響程度，旨在揭示河口海域複雜地形和水流條件下波浪堆積的形成機理及其演化規律，為河口海域複雜條件下的海況預報、航道設計、地形演變以及海工結構物穩定性分析等方面的研究打下基礎。

結題摘要

對平面二維空間內逆流與波浪相互作用的非線性機制進行理論分析，提出波浪堆積時的波要素演變關係式。在波浪港池開展物理模型試驗研究波浪堆積情況下波浪特性隨周期、波高、水深、水流條件的變化規律，實驗結果表明，隨著水流速度和波速的相對速度U/C的增大，波陡也隨之增大；當U/C=0.375時，各種組合下都發生波浪堆積現象。通過理論推導考慮繞射、碎波、波流相互作用和非線性影響的波作用量守恆方程，採用有限差分法離散控制方程，解決結合邊界信息和輸入條件考慮反射、透射和越浪的影響的程式設計方法，建立了河口海岸複雜條件下多向隨機波浪傳播變形數學模型。提出波浪場與波生流的雙向反饋耦合計算方法，與傳統非定常耦合方法相比，該方法過程簡單、速度快，同時能獲得與測量值相符的波浪場與流場，解決了波流相互作用下隨機波浪傳播變形與波生流運動非線性耦合計算的關鍵難點。通過物理模型實驗資料對四種考慮地形和水流共同影響的波浪破碎能量耗散公式進行對比計算，發現包含水流和地形影響的激破波模式Battjes and Janssen formula計算結果與實測資料吻合最好，平均計算誤差小於25%，建議波作用量守恆方程波浪模型中採用其作為強逆流條件下波浪破碎的能量耗散表達式。通過研究，達到揭示河口海域複雜地形和水流條件下波浪堆積的形成機理及其演化規律的預期目標，為開展河口海岸複雜條件下的海況預報、航道設計、地形演變以及海工結構物穩定性等方面的研究打下基礎；發表標註資助號的期刊論文9篇和會議論文3篇，其中SCI檢索論文6篇、EI檢索論文5篇；在國家著作權局登記計算機軟體著作權1項；培養博士生2名、碩士生3名；項目負責人應邀在第六屆中德水利與海洋工程研討會做主題報告；研究成果獲2012年度海洋工程科學技術獎二等獎。