浅滩影响下的近岸低频波浪研究

发布时间：2020-05-13 02:51

【摘要】：周期在25～300 s之间的低频波浪对海岸附近的泥沙输运、港内水面波动和泊稳等都有重要影响。虽然针对低频波浪的理论研究已有较多成果,但是结合实际工程针对浅滩上低频波浪的研究较少。采用非静压波浪模型SWASH对浅滩上波浪进行数值模拟,并对时域水面结果进行长短波分离,探讨低频波浪在浅滩上的演变规律。模拟结果显示,浅滩上低频波浪主要由约束长波和自由长波组成,约束长波占主要部分;低频波浪的能量来自于短波波群能量的转化;低频波浪能量增长率与h~(-5/2)成正比;不同水文条件下浅滩对低频波浪演变和近岸低频波浪运动的影响具有一定规律性。
【图文】：

水槽,测点布置,地形

(ξ－z)，g为重力加速度，ξ为水面高度，pnh是非静压项。紊动压力ταβ由k-ε模型紊流黏性近似得到。2模型验证先用实验资料对SWASH模型进行验证。2．1双色波验证表1水槽试验中的双色波条件Tab．1Conditionofbichromaticwaveinflumetest组次f1(Hz)f2(Hz)f3(Hz)a1(m)a2(m)A10．67140．47610．19530．060．012A40．62260．52490．09770．060．012参照VanDongerenetal．［12］的双色波实验，建立二维水槽模型(图1)。因本文关注点在于地形和长波，选取A1和A4两组极端情况进行模拟，其中A1组底坡最缓，A4底坡最陡。不同组次波况如表1。SWASH数值模型采用时间步长△t=0．001s，网格尺寸△x=0．01m，垂向分为两层，曼宁系数取0．01。在频域内进行长短波分离，将模拟结果的水位时间序列用快速傅里叶变换的图1水槽地形及测点布置Fig．1Topographyandstationsofflume方法生成一个有限傅里叶序列，将时域过程转化到频域。然后将所有关注频域以外的傅里叶振幅设置为0，保留关注频域内的傅里叶振幅，进行傅里叶逆变换，将频域转化回时域，得到一列只有长波的水位时间序列，并统计其波高。模拟的波高结果如图2，可以看出模拟的向岸短波波高的沿程变化、破波点位置及破波区内的能量耗散趋势均与实测值较符合。长波均方根波高在A1组和A4组之间有明显的差别。A1组长波均方根波高沿程增加，在25m前有微小振荡;而A4组均方根波高也在沿程增加，，模拟区域产生显著振荡。A4组显著振荡的存在是由于反射长波的存在形成驻波。总体看来，A1组和

对比图,实测值,波高,均方根

2018年12月李绍武，等浅滩影响下的近岸低频波浪研究2－cA4组短波均方根波高模拟值与实测值对比2－dA4组长波均方根波高模拟值与实测值对比图2模拟值与实测值对比Fig．2Comparisonbetweensimulatedandexperimentaldata表2三组试验波况Tab．2Waveconditionsofthreetests组次Hm0(m)Tp(s)A0．1572．05B0．2622．03C0．1033．332．2不规则波验证参照Boers［13］的不规则波在近岸沙坝上的传播实验，建立二维水槽模型(图3)，不同组次波况如表2所示。模型网格尺寸△x=0．02m，时间步长设置为△t=0．00025s，曼宁系数为0．03。为满足计算精度垂向分为两层。在3个组次中，C组试验的破波点在近岸的沙坝处，是坡度最缓的情况，能够最有效地模拟出长波的产生和传播，因此选择C组进行验证，波高为Hm0=图3试验水槽布置及测点位置Fig．3Topographyandstationsofflume0．103m，周期Tp=3．33s。试验区域分为两个部分，区域1为短波的浅水变形区域，区域2为破波区域。对比了短波有效波高Hm0，ss和长波有效波高Hm0，IG(图4和图5)。从图4看出，短波有效波高的模拟值和实测值基本一致。从图5看出，在区域1中，长波有效波高模拟值低于实测值，并且模拟值的斜率略大于实测值的斜率;在区域2，模拟值也与实测值有微小偏差。在区域1长波有效波高模拟值略低于实测值，分析应该是模型对于自由长波的反射模拟较差，或者在区域2耗散较大，导致反射回区域1的自由长波能量较少，而水槽实验中长波反射较模型大，使区域1波高模拟值小于实测值。总体看，SWASH模型可?

【参考文献】