基于FUNWAVE-TVD波浪模型的黄河三角洲近岸波浪变形与破碎过程数值模拟

作     者：NGUYEN TRONG QUAN 

作者单位：中国科学院大学(中国科学院烟台海岸带研究所) 

学位级别：硕士

导师姓名：毛淼华

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 0707[理学-海洋科学] 

主      题：波浪破碎 波浪相干性 黄河三角洲 近岸 FUNWAVE-TVD 

摘      要：近岸海洋包括河口、浅海区和陆架,对于沿海地区的生活安定、经济活动、交通和居住功能至关重要。然而,海岸带环境正面临着气候变化和人类活动带来的巨大压力,导致海岸线侵蚀、潮汐淹水、海岸线形态变化等风险。因此,对沿海系统行为的全面研究为政府确保沿海地区的价值提供支撑起到重要作用。此外,沿海地区的水动力数值模拟已被证明可以有效地模拟复杂的物理过程,例如冲浪区的波浪破碎、冲流带波浪的升降。本研究采用数值模拟方法来分析近岸流体动力学,特别关注波浪破碎过程。本研究旨在加深黄河三角洲近岸波浪破碎过程的基本机制以及主要因素对波浪模拟性能的影响方面的理解。这些研究结果为实际应用中选择合适的数值模型提供了指导,并有助于近岸区域水动力的综合评价。研究区黄河三角洲位于渤海湾和莱州湾之间,近年来因其沿岸的风险和灾害而受到广泛关注。然而,对该地区近岸水动力和波流相互作用的数值模拟研究十分有限。本研究为校准和验证数值波浪模型提供了案例研究框架,重点关注初始边界条件和模型参数化。所提出的程序有望在今后应用于类似三角洲地区波浪破碎过程的研究。本文研究了所选数值模式(FUNWAVE-TVD)的重要模型参数(如计算网格大小和波浪破碎准则)和物理参数(如能量谱和波相干度),以了解它们对黄河三角洲近岸地区波浪特征和波浪破碎过程非均匀性的贡献。FUNWAVE-TVD是一种相位解析Boussinesq波浪模型,用于模拟具有理想相干效应的波浪。水深和地形数据来自中国海图和欧盟哥白尼海洋服务信息。在模型配置完成之后,研究了不同程度的波浪相干性和能量谱离散化的统计数据(例如,均方根和有效波高、最大跨岸流速和最大涡度)在该区域内的空间分布情况。因此,利用经过校准和验证参数后的数值模型,研究了黄河三角洲近岸的波浪破碎情况。本研究获得的结果表明,波浪统计数据的空间分布的复杂性及近岸变化的大小与波浪的相干性程度成正比。相干性较高的波浪在近岸方向表现出更复杂的变化性和更强的波动性。通过比较有无相干性影响的模拟结果,可以看出黄河三角洲地区地形变化对波高的影响。当波浪向破碎带移动时,跨岸流速下降,而涡度增加,表明剪切波的幅度较大。当波浪到达浅水区和海岸线时,可以观察到破碎特征。因此,模拟波在到达水深小于5米(2米)时分散了60%以上(80%)的能量,当在海岸线破碎时完全耗散。