【摘要】：周期在25～300 s之間的低頻波浪對海岸附近的泥沙輸運(yùn)、港內(nèi)水面波動和泊穩(wěn)等都有重要影響。雖然針對低頻波浪的理論研究已有較多成果,但是結(jié)合實(shí)際工程針對淺灘上低頻波浪的研究較少。采用非靜壓波浪模型SWASH對淺灘上波浪進(jìn)行數(shù)值模擬,并對時(shí)域水面結(jié)果進(jìn)行長短波分離,探討低頻波浪在淺灘上的演變規(guī)律。模擬結(jié)果顯示,淺灘上低頻波浪主要由約束長波和自由長波組成,約束長波占主要部分;低頻波浪的能量來自于短波波群能量的轉(zhuǎn)化;低頻波浪能量增長率與h~(-5/2)成正比;不同水文條件下淺灘對低頻波浪演變和近岸低頻波浪運(yùn)動的影響具有一定規(guī)律性。
【圖文】：

(ξ－z)，g為重力加速度，ξ為水面高度，pnh是非靜壓項(xiàng)。紊動壓力ταβ由k-ε模型紊流黏性近似得到。2模型驗(yàn)證先用實(shí)驗(yàn)資料對SWASH模型進(jìn)行驗(yàn)證。2．1雙色波驗(yàn)證表1水槽試驗(yàn)中的雙色波條件Tab．1Conditionofbichromaticwaveinflumetest組次f1(Hz)f2(Hz)f3(Hz)a1(m)a2(m)A10．67140．47610．19530．060．012A40．62260．52490．09770．060．012參照VanDongerenetal．［12］的雙色波實(shí)驗(yàn)，建立二維水槽模型(圖1)。因本文關(guān)注點(diǎn)在于地形和長波，選取A1和A4兩組極端情況進(jìn)行模擬，其中A1組底坡最緩，A4底坡最陡。不同組次波況如表1。SWASH數(shù)值模型采用時(shí)間步長△t=0．001s，網(wǎng)格尺寸△x=0．01m，垂向分為兩層，曼寧系數(shù)取0．01。在頻域內(nèi)進(jìn)行長短波分離，將模擬結(jié)果的水位時(shí)間序列用快速傅里葉變換的圖1水槽地形及測點(diǎn)布置Fig．1Topographyandstationsofflume方法生成一個(gè)有限傅里葉序列，將時(shí)域過程轉(zhuǎn)化到頻域。然后將所有關(guān)注頻域以外的傅里葉振幅設(shè)置為0，保留關(guān)注頻域內(nèi)的傅里葉振幅，進(jìn)行傅里葉逆變換，將頻域轉(zhuǎn)化回時(shí)域，得到一列只有長波的水位時(shí)間序列，并統(tǒng)計(jì)其波高。模擬的波高結(jié)果如圖2，可以看出模擬的向岸短波波高的沿程變化、破波點(diǎn)位置及破波區(qū)內(nèi)的能量耗散趨勢均與實(shí)測值較符合。長波均方根波高在A1組和A4組之間有明顯的差別。A1組長波均方根波高沿程增加，在25m前有微小振蕩;而A4組均方根波高也在沿程增加，，模擬區(qū)域產(chǎn)生顯著振蕩。A4組顯著振蕩的存在是由于反射長波的存在形成駐波�？傮w看來，A1組和

2018年12月李紹武，等淺灘影響下的近岸低頻波浪研究2－cA4組短波均方根波高模擬值與實(shí)測值對比2－dA4組長波均方根波高模擬值與實(shí)測值對比圖2模擬值與實(shí)測值對比Fig．2Comparisonbetweensimulatedandexperimentaldata表2三組試驗(yàn)波況Tab．2Waveconditionsofthreetests組次Hm0(m)Tp(s)A0．1572．05B0．2622．03C0．1033．332．2不規(guī)則波驗(yàn)證參照Boers［13］的不規(guī)則波在近岸沙壩上的傳播實(shí)驗(yàn)，建立二維水槽模型(圖3)，不同組次波況如表2所示。模型網(wǎng)格尺寸△x=0．02m，時(shí)間步長設(shè)置為△t=0．00025s，曼寧系數(shù)為0．03。為滿足計(jì)算精度垂向分為兩層。在3個(gè)組次中，C組試驗(yàn)的破波點(diǎn)在近岸的沙壩處，是坡度最緩的情況，能夠最有效地模擬出長波的產(chǎn)生和傳播，因此選擇C組進(jìn)行驗(yàn)證，波高為Hm0=圖3試驗(yàn)水槽布置及測點(diǎn)位置Fig．3Topographyandstationsofflume0．103m，周期Tp=3．33s。試驗(yàn)區(qū)域分為兩個(gè)部分，區(qū)域1為短波的淺水變形區(qū)域，區(qū)域2為破波區(qū)域。對比了短波有效波高Hm0，ss和長波有效波高Hm0，IG(圖4和圖5)。從圖4看出，短波有效波高的模擬值和實(shí)測值基本一致。從圖5看出，在區(qū)域1中，長波有效波高模擬值低于實(shí)測值，并且模擬值的斜率略大于實(shí)測值的斜率;在區(qū)域2，模擬值也與實(shí)測值有微小偏差。在區(qū)域1長波有效波高模擬值略低于實(shí)測值，分析應(yīng)該是模型對于自由長波的反射模擬較差，或者在區(qū)域2耗散較大，導(dǎo)致反射回區(qū)域1的自由長波能量較少，而水槽實(shí)驗(yàn)中長波反射較模型大，使區(qū)域1波高模擬值小于實(shí)測值�？傮w看，SWASH模型可?

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2661255