近岸波浪变形数值模型的比较研究

论文摘要

外海深水区的波浪传播到近岸浅水区时,受到岛屿、地形与建筑物等影响,发生折射、绕射、反射和破碎等一系列变形。准确计算近岸与港内波浪分布,成为港口与海岸工程研究的重要课题。目前已有不少近岸波浪变形模拟的数学模型,但是对于这些数学模型适用范围等进行比较研究的工作还较少。本文在总结波浪数值模拟发展现状的基础上,对目前常用的基于动谱平衡方程的SWAN模型、基于椭圆型缓坡方程的CGWAVE模型和基于Boussinesq方程的MIKE21-BW模型进行了比较研究。论文的主要研究内容和结论如下:（1）通过比较三个模型在入射波为规则波和不规则波时半无限长防波堤后的波浪绕射结果,发现在达到0.3时,CGWAVE模型计算的绕射结果与解析解吻合最好,在类似条件下推荐选用CGWAVE模型,多向不规则波可选用SWAN模型。d /L（2）通过比较三个模型在入射波为规则波和不规则波时,椭圆形浅滩地形上的波浪绕射结果,发现在小于0.2时,BW模型计算的绕射结果与试验结果吻合最好。d /L（3）通过比较三个模型在入射波为规则波时,斜坡和沙坝地形上的波浪破碎结果,发现BW模型能很好地模拟波浪破碎。（4）通过比较三个模型关于不规则波在斜坡地形上斜向入射的波浪破碎结果,发现BW模型和SWAN模型的计算精度基本相同,都与实验结果较接近。（5）最后通过实际工程物理模型试验结果和三个模型模拟结果的对比,发现SWAN模型更适合模拟现场较大范围的波浪计算,其余两个模型更适合小范围的计算。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 缓坡方程研究
• 1.2.2 Boussinesq方程研究
• 1.2.3 动谱方程研究
• 1.3 研究内容
• 第二章 三种数值波浪模型简介
• 2.1 SWAN模型
• 2.2 CGWAVE模型
• 2.3 BW模型
• 第三章 波浪绕射及联合折绕射模拟比较
• 3.1 算例设置
• 3.1.1 半无限长防波堤
• 3.1.2 椭圆形浅滩
• 3.2 计算结果
• 3.2.1 半无限长防波堤规则波入射
• 3.2.2 半无限长防波堤不规则波入射
• 3.2.3 椭圆形浅滩地形规则波入射
• 3.2.4 椭圆形浅滩地形不规则波入射
• 3.3 关于参数设置的讨论
• 3.3.1 CGWAVE参数设置
• 3.3.2 SWAN参数设置
• 3.4 本章小结
• 第四章 波浪破碎模拟比较
• 4.1 算例设置
• 4.1.1 斜坡地形规则波入射
• 4.1.2 沙坝地形规则波入射
• 4.1.3 斜坡地形不规则波入射
• 4.2 计算结果
• 4.2.1 斜坡地形规则波入射
• 4.2.2 沙坝地形规则波入射
• 4.2.3 斜坡地形不规则波入射
• 4.3 关于参数设置的讨论
• 4.3.1 CGWAVE参数设置
• 4.3.2 SWAN模型参数设置
• 4.3.3 BW模型破碎参数
• 4.4 本章小结
• 第五章 工程应用
• 5.1 工程概况
• 5.2 物理模型实验
• 5.2.1 模型设计
• 5.2.2 模型制作
• 5.2.3 实验设备
• 5.2.4 波浪模拟
• 5.3 物理模型试验数值模拟
• 5.4 工程原体数值模拟
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢