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低频波浪在港口口门的传播变形研究

低频波浪在港口口门的传播变形研究

作者：冯丽大连理工大学

学位级别：硕士

在近岸水域,周期在30-300s之间的低频波浪（又称碎波拍）是岸滩演变及影响海岸工程的动力因素。大量研究表明它们对海岸泥沙输运,港内水面波动和系泊船的运动等都有重要的作用,因此对低频波浪的研究具有重要的意义。我国的海岸线漫... 详细信息

在近岸水域,周期在30-300s之间的低频波浪（又称碎波拍）是岸滩演变及影响海岸工程的动力因素。大量研究表明它们对海岸泥沙输运,港内水面波动和系泊船的运动等都有重要的作用,因此对低频波浪的研究具有重要的意义。我国的海岸线漫长,沿岸已建成和在建的有大量的各类港口。虽然现在港口工程的设计技术有了长足的进步,但是目前港口工程中的各类防波堤对碎波拍这样的低频波浪的掩护效果都很差。一旦低频波浪传入港口,对港内的波浪和正常操作将产生严重的负面效果,这点对于一些繁忙的重要港口的影响更为严重。随着我国港口和其他一些大型海上项目的修建,低频波浪对建筑物的作用也日益受到重视。国内外的许多学者对碎波拍（低频波浪）的产生机制、数值模拟及低频波浪引起港池共振的方面做了大量的研究,而对低频波浪经过防波堤的传播变形情况的研究却还未看到公开发表的文献,以往对波浪经过防波堤时的传播变形研究也主要集中在短波方面。因此,基于以上情况,本文主要对低频波浪经过防波堤时的传播情况进行研究。本文采用Boussinesq数值波浪模型模拟了低频波浪在双突堤、岛堤、单突堤附近的传播变形。通过数值模拟结果与理论解的对比,可以证明该数值模型在模拟短波和低频波浪在双突堤、岛堤、单突堤附近的绕射、反射等传播变形是准确和可靠的。通过低频波浪与短波在防波堤后绕射系数的对比分析可知,低频波浪在双突堤、岛堤、单突堤后的绕射系数都大于短波的绕射系数,这说明与短波相比低频波浪会有更多的能量传到防波堤后面,防波堤对短波的防护效果要好于长波。同时也分析了低频波浪在双突堤后的绕射系数随周期的变化规律,结果表明在周期很大时,随着周期的增大各周期的低频波浪的绕射系数的分布十分接近。通过低频波浪与短波在防波堤前反射系数的对比分析可知,低频波浪在防波堤前的反射系数的最小值和部分位置处的极大值都大于短波情况。综上,低频波浪在各种形式的防波堤附近的传播变形与短波的情况比较可知,低频波浪对港内的泊稳,船舶的航行和防波堤的稳定等更不利。

关键词：低频波浪 Boussinesq波浪模型椭圆余弦波双突堤岛堤单突堤绕射系数反射系数

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双波群产生的低频波浪

双波群产生的低频波浪

作者：刘艳莉大连理工大学

学位级别：硕士

海岸带资源丰富,人类活动频繁,世界上约有2/3的人口分布在沿海地区。而在海岸水域,海岸低频波浪对海岸泥沙输运、港口波浪和系泊船运动都有重要作用。本文对双波群产生的海岸低频波浪进行了物理模型实验和数值模拟,同时对规则波和不规... 详细信息

海岸带资源丰富,人类活动频繁,世界上约有2/3的人口分布在沿海地区。而在海岸水域,海岸低频波浪对海岸泥沙输运、港口波浪和系泊船运动都有重要作用。本文对双波群产生的海岸低频波浪进行了物理模型实验和数值模拟,同时对规则波和不规则波的爬坡进行了初步讨论。首先,对五个不同海岸坡度(1∶20、1∶40、1∶60、1∶80和1∶100)进行了双波群产生低频波浪的物理模型实验研究,研究了所产生低频波浪的特征。结果表明,低频波浪的个数对大于1∶80坡度的海岸是2个,而对1∶100坡度的海岸是1个;低频波浪的波峰时间间隔近似等于波群周期;波谷时间间隔与波高无关,但依赖于波群周期和海岸坡度;对五个海岸坡度,波群的爬坡次数与波群个数一致(2次),且爬坡的时间间隔近似等于波群周期。其次,对双波群产生的低频波浪进行了数值模拟。计算模型的波浪控制方程由欧拉方程在短波周期上平均得到,然后采用WAF求解该方程。计算结果与实验结果吻合较好。另外在数值模拟中,本文讨论了底摩擦系数对反射波幅值的影响,得出反射波幅值随底摩擦系数与海岸坡度的比值的增加而减小,尤其是该比值小于1.0时,反射波幅值衰减很快。本文中,当数值模拟与实验结果吻合时,底摩擦系数与海岸坡度的比值近似取为2.0。最后,对规则波和不规则的爬坡实验记录结果进行了讨论。规则波在水槽内引起了水体的自振,其自振周期与通过求解波浪浅水方程(Wilson,1972)得到的水槽内波浪的自振周期相符合。而由该自振衰减后所得爬高,得到了规则波产生的水体爬高,该结论与理论结果进行了对比,所得结论一致。

关键词：波群低频波浪海岸反射波爬坡自振

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波浪辐射应力计算及其对低频波浪的影响

波浪辐射应力计算及其对低频波浪的影响

作者：温秀媛大连理工大学

学位级别：硕士

波浪辐射应力的概念是由Longuet-Higgins和Stewart提出的,将作用于单位面积水柱体的总动量流的时均值减去没有波浪作用时的静水压力定义为波浪剩余动量流,即波浪辐射应力。几十年来,众多研究表明波浪辐射应力是波浪增减水、沿岸流、近... 详细信息

波浪辐射应力的概念是由Longuet-Higgins和Stewart提出的,将作用于单位面积水柱体的总动量流的时均值减去没有波浪作用时的静水压力定义为波浪剩余动量流,即波浪辐射应力。几十年来,众多研究表明波浪辐射应力是波浪增减水、沿岸流、近岸环流系统、破波带内底部反向流、碎波拍的驱动力,是近岸水波动力学研究的重要内容。目前对辐射应力的计算大多采用Longuet-Higgins和Stewart提出的公式,但该公式只适用于简单的纯行进波,并且计算时还需要已知水体各点的速度、波高和波向等波浪要素。本文提出基于Boussinesq方程的波浪辐射应力计算方法。利用改进了色散关系的Boussinesq方程并结合辐射应力的基本概念,提出一种新的波浪辐射应力计算方法,并对方程进行有效的拓展和数值求解。将模型应用于常水深地形和变水深地形,并将数值结果与理论解、物理模型实验测量值进行比较分析。从波面、均方根波高和辐射应力三个方面的结果比较可以看出,模型可以较好的模拟波浪在不同地形上以及破碎情况下的传播变形,验证了模型的准确性和实用性。近岸低频波浪通常是指海洋中频率在0.004～0.04Hz的波浪,它对海岸泥沙输运、港内波浪和系泊船运动都有重要的作用。利用本文提出的模型对低频波浪的传播变形进行数值模拟,并讨论辐射应力与低频波浪之间的关系。模拟常水深地形时,发现调谐率是双色波群传播形态的一个重要参数;模拟斜坡地形时,考虑了波群未破碎和波群破碎两种情况,并与物理模型实验的测量值进行比较,分别从波面、主频波幅、低频波幅以及波群辐射应力的变化四个方面进行分析和讨论,结果可以看出波群的辐射应力会随着波群的传播变形而变化,并随着双色波群的破碎而有较大的坡降,而对应的低频波浪表现为以拍的形式增长,三者之间的变化关系是波群中各种不同频率组成波之间能量非线性传递的表现。

关键词：水波波浪辐射应力碎波拍低频波浪浅水区

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浅滩影响下的近岸低频波浪研究

浅滩影响下的近岸低频波浪研究

作者：李博文天津大学

学位级别：硕士

我国的海岸线漫长,沿岸有大量已建成的和在建的各类港口。大多数的港口结构物和港口布局对周期35s的短波有良好的掩护效果。然而,周期在2500s之间的低频波浪掩护困难,而这部分低频波浪对海岸附近的泥沙输运、港内水面波动和系泊稳定性... 详细信息

我国的海岸线漫长,沿岸有大量已建成的和在建的各类港口。大多数的港口结构物和港口布局对周期35s的短波有良好的掩护效果。然而,周期在2500s之间的低频波浪掩护困难,而这部分低频波浪对海岸附近的泥沙输运、港内水面波动和系泊稳定性等也有重要影响。因此低频波浪传播规律的研究越来越引起关注。虽然低频波浪的研究和地形对于波浪传播变形的研究已取得较为丰富的成果。但是现有针对浅滩上低频波浪传播规律的研究较少,不能系统地为工程实际提供指导。本文采用非静压波浪模型SWASH对浅滩上低频波浪传播规律进行了系统的研究。首先验证了SWASH模型在实际海浪情况下二阶非线性造波的可靠性,以及对低频波传播模拟的精确性。通过理论验证和数值试验验证,表明SWASH非静压模型能够较好地模拟浅滩地形下低频波浪的演变。在此基础上,建立了二维垂向非静压数值波浪水槽,探究不同水文条件下浅滩对低频波浪演变过程及近岸低频波浪运动的影响。根据模拟数据显示,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;能量从短波波群向约束长波转化。低频波能量增长率基本符合Longuet-Higgins and Stewart与3)成正比的规律;低频波浪间的三波非线性相互作用,是低频波浪耗散的主要原因。不同水文条件下浅滩对低频波浪演变的影响具有一定规律性。最后对马村港区附近低频波浪特性进行了分析。

关键词：浅滩低频波浪非静压波流模型

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低频波浪在有开挖航道口门附近的绕射

中国水运（下半月） 2019年第2期19卷 132-134页

作者：董雨进马小舟大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

人工开挖的进港航道是水深较小水域港口工程中的重要组成部分。波浪在传播的过程中,遇到航道和防波堤会发生折射、反射和绕射等多种现象。本文采用修正型缓坡方程模拟了不同周期的波浪在双突堤口门附近的绕射规律,系统地分析了在不同波... 详细信息

人工开挖的进港航道是水深较小水域港口工程中的重要组成部分。波浪在传播的过程中,遇到航道和防波堤会发生折射、反射和绕射等多种现象。本文采用修正型缓坡方程模拟了不同周期的波浪在双突堤口门附近的绕射规律,系统地分析了在不同波浪周期条件下口门有无航道对波浪传播的影响。

关键词：低频波浪绕射航道缓坡方程

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低频波浪分离方法研究

中国水运（下半月） 2010年第2期10卷 82-84,98页

作者：许建武王广贤温秀媛中交第四航务工程勘察设计院有限公司广东广州510230

为了更好的研究低频波浪,从总的波浪中分离出各种不同成分的低频波浪具有重要的意义。文中归纳了低频波浪分离的研究进展,主要介绍了三种方法:阵列法、共置法以及二阶谱分析法,并分析了各自的适用性和局限性,其中阵列法是进一步研究的... 详细信息

为了更好的研究低频波浪,从总的波浪中分离出各种不同成分的低频波浪具有重要的意义。文中归纳了低频波浪分离的研究进展,主要介绍了三种方法:阵列法、共置法以及二阶谱分析法,并分析了各自的适用性和局限性,其中阵列法是进一步研究的重点。在此基础上,对今后的研究前景进行了展望,可以考虑用小波分析代替傅立叶分析应用于低频波浪的分离。

关键词：低频波浪分离阵列法共置法二阶谱分析法小波分析傅立叶分析

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低频波浪在单突堤附近的传播变形研究

中国水运（下半月） 2013年第8期13卷 158-161,163页

作者：冯丽马小舟大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

文中采用Boussinesq数值波浪模型,模拟了低频波浪—碎波拍在港口单突堤处的传播变形。通过与理论解的对比研究验证了数值模型的正确性和可靠性,同时将碎波拍与短波进行对比研究,结果表明,低频波浪在单突堤后的绕射系数大于短波的情况,... 详细信息

文中采用Boussinesq数值波浪模型,模拟了低频波浪—碎波拍在港口单突堤处的传播变形。通过与理论解的对比研究验证了数值模型的正确性和可靠性,同时将碎波拍与短波进行对比研究,结果表明,低频波浪在单突堤后的绕射系数大于短波的情况,而在堤前的反射系数的最小值和部分位置处的极大值高于短波情况。

关键词：低频波浪 Boussinesq波浪模型单突堤绕射系数反射系数

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港湾振荡下港内低频波浪的数值研究

工程力学 2016年第7期33卷 159-166页

作者：高俊亮马小舟董国海陈洪洲江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

该文采用完全非线性Boussinesq模型模拟了由双色波群诱发的狭长型矩形港内的二阶长波共振现象。基于一个港内低频波浪的分离方法,系统研究了港湾处于最低的四个共振模态下入射短波的波长和波幅对港内锁相长波和自由长波的波幅以及它们... 详细信息

该文采用完全非线性Boussinesq模型模拟了由双色波群诱发的狭长型矩形港内的二阶长波共振现象。基于一个港内低频波浪的分离方法,系统研究了港湾处于最低的四个共振模态下入射短波的波长和波幅对港内锁相长波和自由长波的波幅以及它们的相对成分的影响。研究表明:在该文所研究的特定港口和短波频率、波幅范围内,锁相长波和自由长波波幅均随着短波波长的增大而增大,并且第一共振模态下的锁相长波与自由长波的振幅比往往要大于其他三个模态下的值。在各共振模态下,锁相长波与自由长波的波幅均随入射短波波幅成平方关系变化,但它们的振幅比却几乎不受入射短波波幅的影响。

关键词：港湾振荡低频波浪锁相长波自由长波 Boussinesq模型

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波群诱发的非线性港湾振荡中低频波浪的数值研究

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工程力学 2013年第2期30卷 50-57页

作者：高俊亮马小舟王岗董国海大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 河海大学港口海岸和近海工程学院江苏南京210098

该文采用色散性保留到二阶的完全非线性Boussinesq方程,模拟了波群引起的狭长矩形港湾内的非线性共振现象,并使用最小二乘法分析了港湾处于第一共振模态下锁相长波和自由长波的波幅以及它们相对成分随着短波波长的变化。为了进行对比,... 详细信息

该文采用色散性保留到二阶的完全非线性Boussinesq方程,模拟了波群引起的狭长矩形港湾内的非线性共振现象,并使用最小二乘法分析了港湾处于第一共振模态下锁相长波和自由长波的波幅以及它们相对成分随着短波波长的变化。为了进行对比,也模拟了波群未能诱发港湾发生非线性共振的情况,并使用相同的方法对港内低频成分进行分离。研究表明:无论港湾共振与否,锁相长波和自由长波的波幅以及它们的相对成分都与短波波长有着密切的联系。对于该文中所研究的特定港湾以及特定的波群频率范围,港湾处于最低的共振模态时,锁相长波的波幅要小于自由长波波幅,但是在短波的波长大于0.66倍的港湾长度的情况下,锁相长波波幅往往要大于自由长波的1/2;当港湾未处于共振状态且短波波长大于0.56倍的港湾长度时,锁相长波的成分往往要超过自由长波。

关键词：海岸工程港湾振荡低频波浪锁相长波自由长波 Boussinesq模型