近岸波浪破碎区不规则波浪的数值模拟.PDF

第 30 卷 第 2 期 海 洋 学 报 V ol1 30, No1 2 2008 年 3 月 ACTA OCEANOLOGICA SINICA M arch 2008 近岸波浪破碎区不规则波浪的数值模拟 唐军1 , 沈永明1 , 崔雷1 , 邱大洪1 ( 11 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室, 辽宁 大连 116023) 摘要: 基于近岸不规则波浪传播的抛物型缓坡方程和两类波浪破碎能量损耗因子, 对近岸波浪破碎 区不规则波浪的波高分布进行了数值模拟, 并结合实验结果对数值模拟结果进行了验证分析, 结果 表明采用两类波浪破碎能量损耗因子所模拟的破碎区波高与实测值均吻合良好, 波浪破碎能量损 耗因子及波浪破碎指标对破碎区波浪波高分布影响较明显。 关键词: 不规则波浪; 抛物型缓坡方程; 破碎波; 波能损耗 中图分类号: T V1391 2; X143 文献标识码: A 文章编号: 0253-4193( 2008) 02- 0147- 06 要有缓坡方程、Boussinesq 方程、波 能平 衡方程 等 1 引言 模型, 其中缓坡方程数值 计算效率相对 Boussinesq 近岸区域 是人 类经 济活动 最为 活跃 的区 域, 类方程要 高, 而且椭 圆型缓 坡方程 综合 考虑了 波 同时又是各 种水动 力因素 最为复 杂的地 区, 近岸 浪的反射、折 射、绕射等 效应, 但由 于该 类方程 数 水动力 要素 与 近岸 的 生产、生活 活 动 密切 相 关。 值计算中 涉及到 大规模 复数 矩阵的 求解, 计算 工 波浪是近岸 区域最 为重要 的水动 力要素 之一, 从 作量较大, 对 此一些 研究者 在此基 础上 分别提 出 外海传播过来的随机波浪受近岸 地形和海岸线的 了抛物型缓坡方程和双曲型缓坡方 程。抛 物型缓 影响, 波浪 的折射、绕 射、汇聚等 各种 效应非 常显 坡方程??在椭圆型缓坡方程基础上忽略波 浪的反 著, 近岸区 域 的波 浪 要素 分 布较 外 海 更为 复 杂。 射效应而 得到的, 其 计算效 率远较 椭圆 型缓坡 方 波浪向近岸传播中受水深浅化效 应影响通常会发 程的高, 多被 用于反 射效应 相对较 小的 近岸海 域 生破碎, 破碎区水体的紊动非常强烈, 波浪能量急 波浪场的 数值模 拟中; 双曲 型缓坡 方程 考虑了 波 剧耗散, 波浪辐射应力变化较大, 驱动近岸水体发 浪的反射 效应, 数值 计算效 率介于 椭圆 型和抛 物 生沿岸或离岸运动, 形成沿岸流或裂流等 近岸流。 型缓坡方 程之间, 但 波浪斜 向入射 时边 界处的 波 近岸波浪破 碎区波 浪、近 岸流 等相互 影响使 泥沙 浪反射效应较