海浪谱浅水演变及影响因子试探性研究
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-1- 海浪谱浅水演变及影响因子试探性研究
施凌
河海大学交通学院，海洋学院，江苏南京（210098）
E-mail：shiling0000@hhu.edu.cn
摘 要：
本文初步研究海浪谱浅水演变的情况。根据波谱原理，采用自行编写的VB程序计
算波浪从深水到浅水传播过程中谱特征值变化情况，得出与影响因子规律结论，能为浅水谱
的研究提供参考。
关键词：波谱；谱特征值；影响因素
中图分类号：
1. 引言
海浪是海岸及海洋工程中最为活跃，也最重要的水动力要素。从深水传向浅水岸域的过
程中发生了极其复杂的变化，一直以来都引起国内外学者的高度关注。目前特征波法、能谱
法是常用描绘波浪变化的方法，特别是能谱法越来越得到专家学者的认可。但目前并没有适
用性很强的实用型浅水波能谱公式，文献和参考资料中更多的还是对于深水谱的研究，较少
涉及浅水波能谱的研究。观察研究海浪谱浅水演变及其影响因素，对于浅水波能谱的研究是
很有意义。
本文根据自行编写的VB程序，以能谱的方法模拟波浪从深水到浅水传播过程中波谱的
变化情况，并考虑各影响因素变化对谱特征值的影响程度。这可以更形象了解波浪的传播特
性，波谱的物理意义，对于浅水波谱的研究也有一定的参考价值。
2. 研究现状
当前海岸工程建筑中在近岸工程仍旧套用深水波能谱，往往带来误差，而用浅水波能谱
通过修正可以得到减小这些误差，建立起更贴切简化的公式，既能满足模拟的精度要求，尽
可能的与实际接近，又最大程度的减少工作量。
2.1 研究背景设置
本次设计采用的原始数据频率f和谱密度Si是在风速20m/s，水深20m条件下，根据
观测资料结合采用莆田谱公式计算得出的。选择这样的原始数据进行讨论分析具有普遍一般
性，因为一般海洋水文测站点都设在20m水深处左右，风速为20m/s也具有普遍性；而且
我国的工程一般设在10m到4m左右，所以将计算点设在4m处也有一定代表性，在这样条
件下所得出的规律性有利于探讨出理论上的参考指导。本文就通过多次测试，得出谱特征值
的受影响因子的变化规律，能为浅海谱的研究提供良好的借鉴。
2.2 海浪谱知识概述
海浪是最富于变化的自然现象之一，是一种十分复杂的现象,以简单谐波的概念不能充
分给与描述,利用分布函数也只能反映它对外表现出来的性质。为了进一步描述海浪，需要
利用谱的概念。迄今已提出几种海浪模型，其共同点是，将复杂的海浪用许多振幅不等、频
率不同、位相杂乱的简单波动叠加来代替海面,这些组成波构成海浪谱[1]
。
海浪能量相对于频率分布的谱，称为频谱或能谱(一维谱),海浪具有的能量，都由各组成
波贡献而得，谱给出各频率间隔段内的能量。还有一种谱形式，除能反映能量相对于频率的http://www.paper.edu.cn
-2- 分布外，还能反映能量相对于方向的分布，这种谱称为方向谱（三维谱）。海浪谱可以反映
海浪的结构成分，所以波谱特征分析对认识海浪意义重大。
海浪谱中频谱如Neumann谱、Pierson和Moscowitz谱、JONSWAP谱等得到最广泛的
研究，其原因有三:(l)频谱己足以用来研究一部分有关的理论与应用问题；(2)频谱最易于由
观测得到；(3)在频谱的基础上有可能得到方向谱。在本文讨论是频谱，从最简单的形式来
进行研究，是由浅及深进行研究的科学方法。
频谱以f
表示，f
最大值对应的频率称为谱峰频率
pf
，曲线与横坐标所包围的面
积比例于波浪的总能量E。理论上f
分布于f=0~∞
之间，但其显著部分集中于狭窄的频
域内。这是因为当频率很大时波周期很小，波长很短，其所含能量也很小，因此以重力波为
主体的实际海浪常表现为窄谱波[2]
。
现对本文出现的谱特征值进行简略公式介绍。
2
T1
sflimX(f)
T
→∞（）=2f
sf2R()edπτ
ττ∞
−
−∞=∫
（）
谱密度函数
0001.4842.1mmH
s==
有效波高
∑∑
==
=
N
iN
iSifiS
f
11i
)()()(
fT1
=
平均周期
0
0MS(f)df∞
=∫
零阶矩（谱面
积）
12
2
04M
MMε
=−
12
1
02M
q
MM=−
谱宽度参量
2.3 谱频率分割方法的介绍
对频谱分割的方法，主要有等能量分割法和等频率分割法，下面简单的介绍下两种波谱
剖分方法。
等频率分割法原理：在原始给定的频率fn（）
和谱密度
isn（）
中找出它们的最值及对应
的序列号。按照一定的精度原始的
is~f
谱两端进行截断，小于左边界和大于右边界的S规
定它均为零。选定分组数N(一般N的取值范围需经过验证，以保持精度)，将频率带等分划
为N等分，求出新的间距f∆
，从而得到新的频率
if
,利用线性插值的方法求出新的
if
对应
的谱密度si（）
。必须注意，要对谱峰值作特别的保留处理以防过程中的丢失，仍将其赋值
给新谱。
等能量分割法：与等频率分割法原理相近，只是它利用微小梯形面积累积的方法计算出
谱线下的整体面积S，进而确定E∆
的大小，通过面积固定确定边界的方法确定新的频率
if
，
利用线性插值的方法求出新的
if
对应的谱密度si（）
。
对两种波浪谱的剖分方法得出的计算结果进行分析，有细微出入，主要因为两种方法的
理论依据有所不同。普遍来说，当频率分割数较小时，等频率分割法有一定的不足，因强行http://www.paper.edu.cn
-3- 规定各等分的频率值，使得峰值频率固定，会导致计算结果的误差相对累计过高，而同时谱
能主要集中于谱峰频率附近，采用等频率划分谱频率时，如果划分个数太少，即组成波不够
多时，将只有少数几个代表频率位于谱峰频率附近，有较大的误差。
等能量的剖分方法，相对而言更符合自然界规律符合能量守恒的原理，一般计算中建议
采用等能量剖分的方法。但在本例中经过前期计算比较分析，本次模拟计算用等频率剖分方
法剖分数N=64与等能量剖分数N=128带来的计算精度相近，为节约计算时间，本文采用等
频率剖分方法N为64对谱进行剖分。
3. 实验及数据分析
本文根据自行编写的VB程序，进行谱特征值的探试性分析，分析各种影响因子的变化
规律，以求为后阶段浅水谱的研究提供基础资料和参考。
本程序进行模型参数设置时为保证研究的影响因子少受其他因素的影响，，研究某因子
的变化情况时，其它因子固定设置为比较普遍的参数值，同时环境设置也比较简单忽略非自
然因素的影响。本文进行了以下几组数据计算：1）水深4m、底摩阻0.01、底坡度0.02条
件下随入射角度变化，谱特征值的变化情况。2）水深4m、底摩阻0.01、入射角度65度条
件下随底坡度变化，谱特征值的变化情况。3）水深4m、底坡度0.02、入射角度65度条件
下随底摩阻变化，谱特征值的变化情况。4）底摩阻0.01、底坡度0.02、入射角度65度条件
下随水深变化，谱特征值的变化情况。
本文的谱特征值主要选用有效波高、谱宽度，平均周期，谱峰值等。有效波高、谱面积
的大小反映了波能的大小；而谱宽度的大小则反映了能量的分布、集中程度情况。因篇幅原
因仅列出部分计算结果，参见表1、2。
表1 水深变化对谱特征值的影响情况
水深 有效波高 谱峰值 谱峰频率 谱宽度水深有效波高谱峰值 谱峰频率 谱宽度
20 2.8057 8.0525 0.1194 0.4866 12 2.6459 7.2599 0.1194 0.5049
19 2.7851 7.9199 0.1194 0.4879 11 2.6305 7.2295 0.1194 0.5078
18 2.7643 7.7937 0.1194 0.4896 10 2.6182 7.2254 0.1194 0.5105
17 2.7434 7.6752 0.1194 0.4915 9 2.6099 7.2538 0.1194 0.5126
16 2.7226 7.5659 0.1194 0.4938 8 2.6072 7.3234 0.1146 0.5136
15 2.7021 7.4676 0.1194 0.4962 7 2.6124 7.4476 0.1146 0.5131
14 2.6822 7.3822 0.1194 0.4990 6 2.6286 7.6639 0.1146 0.5104
13 2.6633 7.3120 0.1194 0.5019 5 2.6609 7.9855 0.1146 0.5052
4 2.7175 2.5431 8.4657 0.1146
表2 入射角度、底摩阻、底坡度变化对谱宽度的影响情况
谱宽度
入射角度 底摩阻0 底摩阻0.01底摩阻0.02坡度0.01坡度0.02 坡度0.05
0 0.4780 0.4788 0.4795 7.2382 7.2483 7.2544
5 0.4781 0.4789 0.4796 7.2376 7.2477 7.2538
10 0.4784 0.4791 0.4798 7.2357 7.2459 7.2520
15 0.4788 0.4796 0.4803 7.2326 7.2428 7.2489
20 0.4795 0.4802 0.4809 7.2282 7.2384 7.2446
25 0.4803 0.4811 0.4818 7.2224 7.2327 7.2389
30 0.4814 0.4821 0.4829 7.2153 7.2256 7.2318
海洋潮汐
海洋潮汐、近海岸涌潮、海滩碎浪、明渠滚流、河流中的洪水演进和溃坝引起的溃坝波是自然界中普遍存在的物理现象，它们可以近似成浅水流模型来研究。从学术角度来讲，这是涉及多门学科的交叉问题，具有重要的科学研究价值和工程背景。
大落差地形上浅水流问题本身和涉及因素很复杂性，目前在理论和数值计算方面都不能完全解决该问题。本项目从理论上建立地形源项占优的浅水流控制方程，分析波系结构，基于无结构网格建立高精度、高分辨率和谐数值格式，通过数值方法研究大落差地形上的浅水流运动机理，分析不同水利条件和几何边界等因素对浅水流传播的影响。研究内容： a)水力条件对浅水流的影响；b)大落差地形对浅水流的扰动机制；c)激波和固体边界的碰撞反射过程和陆动边界运动机理；
Now there is on way to deal with the shallow water flows on topography with large
gradient very well, due to the complex of the issue itself and the ralating factors.
In recent year, with the introduction of the new theory and technique, there is
further great progress in the research of propagation mechanism of the shallow water
flow on topography with large gradient. In this project, the governing equaitons
is established for the shallow water flow on topography with large gradient, in which
岛屿岛礁海域海浪能谱模型研究进展
岛屿岛礁海域海浪能谱模型研究进展
毛科峰;陈希;王亮
【期刊名称】《海洋学报（中文版）》
【年(卷),期】2014(000)005
【摘 要】波浪能谱模型在岛屿岛礁海域的波浪预报研究和海洋工程中应用广泛，但存在模式计算格点无法充分体现岛屿岛礁的复杂地形特征和很难刻画波浪受到岛屿岛礁影响发生变形物理过程等两个关键问题。多重网格嵌套方案、岛屿次网格地形效应计算方案以及非结构网格、无网格、动态自适应四叉树网格等技术在体现岛屿岛礁复杂地形方面取得了较好的效果；将相位解析模型与波浪能谱模型优势互补是提高能谱模型对岛屿近岸波浪变形物理过程计算能力的一个有效方法。开展球坐标系下波作用密度谱方程的自适应四叉树网格求解方法研究，借鉴相位解析模型最新成果完善能谱模式的绕射、反射、底摩擦等物理过程，是提高岛屿岛礁海域海浪精细预报技术水平的前沿性、探索性研究方向。%For spectral wave mode ,how
to adequately describe the island terrain features and accurate
computation of the physical processes such as wave diffraction ,refraction
and bottom friction due to the presence of shoals and channels or
islands ,is a key task in an archipelago or reef area .Nested multi-grid
scheme ,islands sub-grid topo-graphic effect calculation scheme ,fitted
coordinate grids ,unstructured grids ,and dynamic adaptive quadtree grid
孤立波近岸传播与浅水效应的实验与数值分析
孤立波近岸传播与浅水效应的实验与数值分析
HE Guanghua;YOU Rui;CHENG Yongzhou;JU Xiaoqun
【摘 要】为了探讨海啸波近岸演变特性,本文基于模型实验和数值模拟方法,设计并进行了水槽实验,模拟了孤立波产生、传播及近岸变形的过程.本文对实验模型的设计和布置进行了总体介绍,通过改变孤立波初始波高,探究了波高对孤立波在长缓坡上的传播变形和破碎的影响,对实验数据进行分析处理,并与基于形线约束插值(CIP)算法的数值模拟结果和其他结果进行了对比.通过研究可知:本实验具有良好的可重复性,且和数值结果吻合较好.基于CIP算法的数值模型可以模拟波浪破碎、水汽掺混等强非线性现象.孤立波在长缓坡上传播时,非线性特征发展较为充分且不断增强.波高越大,传播越快,到达峰值越快,破碎也越快.
【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》
【年(卷),期】2019(040)001
【总页数】6页(P41-46)
【关键词】孤立波;浅水效应;缓坡;破碎;实验研究;形线约束插值;强非线性
【作 者】HE Guanghua;YOU Rui;CHENG Yongzhou;JU Xiaoqun
【作者单位】
【正文语种】中 文
【中图分类】O352
孤立波是浅海水域中经常出现的一种波动现象，由海啸或地震等现象造成水体巨大位移而形成，因此孤立波常用来描述海啸波的特性，尤其是浅水区域的海啸波。海啸波近岸传播的过程及其近岸变形(含破碎、翻卷等)等研究对近海工程的防灾、减灾具有十分重要的意义。
海啸是十分复杂的非线性水波运动问题，在数学上极难解析求解，因此物理实验研究被广大学者所采用。孤立波的实验造波方法大致可分为3类：1)重物的下坠或滑入；2)水槽底部的抬升；3)推板式造波机造波。He等[1]采用数值水槽对多种推板式造波机造孤立波方法进行了研究。文献[2-5]对孤立波近岸传播的变形演化、爬高、破碎、翻卷进行了实验研究。Li 等[6]在水槽中进行了孤立波实验，记录分析了在斜坡坡度为1∶15时不同初始波高的孤立波爬坡破碎的过程，并将实验数据与数值模拟相对比。研究表明:斜坡的坡度对孤立波的爬高、变形、破碎影响很大。由于实验设备、实验条件(如水槽的长度、宽度)及实验操作的难度等原因，关于孤立波在长缓坡上的浅水效应实验研究仍较少。而实海域中，邻接陆坡的大陆架坡度较缓的情况较多，一般在7°以下，故浅海区经常呈现出十分平坦的特征；而向大洋倾斜的坡度最大可达20°以上。为了更加真实地模拟海啸波的近岸变形效应，有必要进行坡度较缓的实验研究。
气象海浪分析实验报告(3篇)
第1篇
一、实验目的
本次实验旨在通过分析气象条件对海浪的影响，了解海浪的形成机制及其变化规律，为航海、渔业等海洋活动提供参考依据。通过实验，掌握以下内容：
1. 海浪的形成原因及影响因素；
2. 不同气象条件下海浪的特征；
3. 海浪预报的基本方法。
二、实验原理
海浪是海洋表面由于风力、气压、温度、湿度等气象条件的变化而产生的波动现象。风力是海浪形成的主要原因，风力的大小、方向、持续时间等因素都会影响海浪的大小和形状。此外，气压、温度、湿度等气象条件也会对海浪产生影响。
三、实验材料
1. 海浪观测资料：包括波浪高度、周期、方向等；
2. 气象资料：包括风速、风向、气压、温度、湿度等；
3. 地图：包括地理位置、海岸线、岛屿等；
4. 计算机：用于数据分析和绘图。
四、实验步骤
1. 数据收集：收集2019年1月至2020年12月期间我国沿海某海域的海浪观测资料和同期气象资料。
2. 数据处理：对收集到的数据进行整理和清洗，确保数据的准确性和完整性。
3. 相关性分析：分析海浪特征与气象条件之间的相关性，找出影响海浪的主要气象因素。
4. 海浪预报：利用气象资料和海浪观测资料，采用数值预报方法对海浪进行预报。
5. 结果分析：分析预报结果与实测数据的差异，评估预报精度。
五、实验结果与分析 1. 相关性分析：通过相关性分析，发现风速和风向对海浪的影响最为显著。当风速较大、风向与海岸线垂直时，海浪高度较高；当风速较小、风向与海岸线平行时，海浪高度较低。
2. 海浪预报：利用数值预报方法，对海浪进行预报。预报结果与实测数据的平均误差为0.5米，预报精度较高。
3. 典型案例分析：选取一次台风过程，分析气象条件对海浪的影响。结果表明，台风中心附近的风速和气压梯度力较大，导致海浪高度显著增加，形成巨浪。
六、实验结论
1. 风力是影响海浪形成的主要因素，风速和风向对海浪高度有显著影响。
2. 气象条件对海浪预报有重要意义，合理利用气象资料可以提高预报精度。
可能最大台风浪影响因子确定的试验研究
可能最大台风浪影响因子确定的试验研究
朱雪强;黄程鹏
【期刊名称】《浙江水利科技》
【年(卷),期】2016(044)004
【摘 要】福岛核事故后,为了提高我国滨海核电厂的防洪安全水平,提出“利用合理场地高度实现防洪功能”的设计思路,采用水槽断面波浪物理模型试验的方法进行验证和确定可能最大台风浪影响因子.
【总页数】4页(P9-12)
【作 者】朱雪强;黄程鹏
【作者单位】上海核工程研究设计院,上海 200233;上海核工程研究设计院,上海
200233
【正文语种】中 文
【中图分类】P731.2
【相关文献】
1.山核电三期工程厂坪前沿可能最大台风浪计算 [J], 谢亚力;黄菊卿
2.最大风速半径对台风浪计算效果的比较研究 [J], 房伟;陈国平;赵红军;严士常
3.滨海核电可能最大台风浪的推算 [J], 丁赟
4.基于WAVEWATCHIII模型的可能最大台风浪的推算 [J], 孔丛颖;孙运佳;侯堋
5.二项分布最大可能原理确定P的方法 [J], 何维英;刘晓俊
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第5章-海洋波浪
第5章 海洋波浪
5.1 海洋波动现象概述
海洋中存在着各种形式的波动，它既可发生在海洋的表面，又可发生在海洋内部不同密度层之间，有着不同的波动尺度、机理和特性，各种波动现象复杂。海洋波动是海水运动的主要形式之一。
海洋表面总被形容为时而波涛汹涌，时而涟漪荡漾，呈现出一种复杂的波动现象。引起海水表面波动的自然因素有很多，如海洋表面受到风与气压的作用、天体的引潮力及海底地震与火山的作用等，它们引起的波动现象有不同的尺度，造成各种波动的周期、波高、波长等波动特性的不同，各自具有不同的能量范围，对海洋工程结构的作用影响也不同。如图5-1所示。
周期最小的毛细波(Capillary Wave)是由水的表面张力控制下的波动，其波高≤1～2 mm，波长最大约1.7 cm，相对能量很小，在海洋工程结构物的设计与运动分析中可不需考虑。对海洋工程结构物影响最大的波动是海面重力波(Surface Gravitational Wave)，它受海面风的作用而引起，然后在重力这个恢复力的作用下做垂直振荡，具有巨大的能量。根据观测记录，波动周期在1～30 s期间的海浪占到海面观测海浪中的大部分，并且这部分海浪的波动能量极大，是船舶、平台等海洋工程结构物结构受损与变形破坏的主要因素，因此海洋结构物必须设计成能抵御各种风浪作用，海浪成为海洋工程结构物在设计施工中必须考虑的环境载荷条件之一。此外，周期长于5 min的长周期波将带来海面水位较大的垂向升降变化，这主要有由风暴及海底地震等引起的风暴大潮与海啸波以及由天体引潮力引起的潮波( TidalWave)。潮波等长周期波带来的水位变化主要影响海洋结构物的设计高程，需收集统计资料并作长期预测，是海洋工程结构物在设计施工中必须考虑的因素之一，风暴潮和海啸波对近海海岸工程还具有极大的冲击能量。
海洋中的海水密度在垂向上分布不均匀就舍产生内波现象，在水下出现水质点的最大运动振幅而不是在海表面。这种发生在海洋内部不同密度层间的波动就称为海洋内波(Internal Wave)。海水密度层结的稳定特性使得海洋内部的各处都可能产生内波，最简单的一种内波形式是发生在不同海水密度的海水界面处，称之为界面内波。由于二层海水的密度相差不大，内波的恢复力也就比表面重力波的恢复力小许多，内波波速比表面波波速也小许多，但内波振幅却很大。内波在海洋中起着多种作用，如引起海水内部混合，在不同尺度的运动过程中传递能量，造成海洋中的温、盐细微结构，影响海洋水文要素的分布变化等。内波波动影响也是多方面的，如影响海洋中声速的大小与传播方向，影响声呐的水中性能，使潜艇在水下航行和停留时缺乏平稳性等。
闸控通江浅水湖泊水位变化特征及影响因素研究
第52卷第2期2021年2月 人 民 长 江Yangtze River Vol.52,No.2Feb.,2021
收稿日期:2020-01-17基金项目:国家自然科学基金项目(51779128);长江生态环境保护修复联合研究项目(第一期)(2019-LHYJ-01-0212,2019-LHYJ-01-0212-17);国家水体污染控制与治理科技重大专项项目(2017ZX07301006004)
作者简介:丁云阳,男,硕士研究生,主要从事流域水环境模拟方面的研究。E-mail:1581469576@通讯作者:范中亚,男,高级工程师,博士,主要从事流域水环境治理研究工作。E-mail:fanzhongya@ 文章编号:1001-4179(2021)02-0010-08
闸控通江浅水湖泊水位变化特征及影响因素研究
丁云阳1,杨忠勇1,范中亚2,王文才2,王 钟2,曾凡棠2
(1.三峡大学水利与环境学院,湖北宜昌443002; 2.生态环境部华南环境科学研究所,广东广州510655)
摘要:闸控通江浅水湖泊水位变化对湖泊水生态系统的稳态转换具有重要意义,因此研究湖泊水位变化及其对入湖径流、水闸调控、江湖关系和人类开发活动等因素的响应很有必要。以长江中下游典型闸控型通江浅水湖泊菜子湖为研究对象,基于2002~2016年湖区、通江闸上、通江闸下、长江干流4个代表性水文站点的实测水位数据,结合遥感影像、湖区围垦情况和入湖河流来流量等数据资料,对菜子湖湖区水位变化特征与围垦、水闸调度及长江干流水位涨落之间的响应关系进行了分析研究。研究结果表明:①湖区年均水位最高,且逐年呈上升的趋势;年内水位存在明显的单峰型洪水位、枯水位变化特征。②入湖径流量是湖区水位丰枯季变化过程的主控因素,但湖区水位响应明显滞后于来流量过程。③枞阳闸调控对湖区水位的影响主要体现在维持湖区水位变化过程的相对平稳,受枞阳闸调控与长江水位涨落的影响,丰水期湖区水位低于长江干流,枯水期水位相对稳定且高于长江干流。④在自然淤积和围垦的双重影响下,湖泊水域面积对水位变化的敏感性在丰枯季表现出了明显的差异性。关 键 词:湖泊水位特征;湖泊面积;遥感影像;水文学方法;归一化差值法;围湖垦殖;枞阳闸;菜子湖;安徽省中图法分类号:P333 文献标志码:ADOI:10.16232/ki.1001-4179.2021.02.002
浅水极限波浪几何特征的实验研究
浅水极限波浪几何特征的实验研究
陈洪洲;马玉祥;马小舟;董国海
【摘 要】该文通过物理模型实验,对浅水区域内的波浪在破碎前极限状态下的几何特征进行了研究.实验基于JONSWAP谱对不规则波浪进行模拟,通过对波群中出现的单体极限波浪进行捕捉并对波形进行测量而得到研究样本.为了考察底坡因素对极限波浪几何特征的影响,实验共考虑了3组大小分别为β=1/15、1/30以及1/45的地形坡度.统计结果表明,在实验所采用的坡度范围内,当地波高与水深对近岸极限波浪的影响最为显著,随着水深与波高因素变化,极限波浪的几何特征也出现明显的改变.坡度因素对极限波陡和偏度的影响很小,可以被忽略,但是对不对称度参数的影响相对比较明显,坡度越陡,不对称程度越剧烈.最后,通过参数化,本文给出了极限波浪几何特征变化的经验公式.%Physical experiments were carried out in a wave
flume to examine the geometric characteristics of limiting gravity waves
propagating in shallow water.Several random wave trains varying height
and peak frequency were generated using JONSWAP spectra.Three
bottom slopes (1/15,1/30,1/45) were installed in the wave flume and the
influence of slope bottoms were also considered.Limiting waves were
captured from the measured wave trains and the geometric characteristics
基于海浪谱的海浪模拟的改进
基于海浪谱的海浪模拟的改进
郑茂琦;马春翔;王志波;高峰
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2014(26)2
【摘 要】针对经典海浪模拟方法中波浪的波峰波谷变化过于突兀的问题,对海浪谱函数进行了研究,得出经典模拟方法未考虑海浪形成的时间历程对于浪形的影响是导致浪的波峰波谷变化过于突兀的主要原因;基于随机振动相关函数理论提出对经典海浪模拟改进的数学模型,改进的数学模型能够表征海浪形成的时间历程对于海浪的影响;通过数值模拟得到的三维海浪模拟图验证了改进模型的正确性,解决了目前海浪模拟波峰波谷变化过于突兀的问题。为后续海上工程中能够更精确地分析海浪对浮体的作用奠定了基础。
【总页数】7页(P369-375)
【作 者】郑茂琦;马春翔;王志波;高峰
【作者单位】上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室
【正文语种】中 文
【中图分类】TP391.9
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波浪浅水变形实验
波浪浅水变形实验
一. 实验目的和意义
在近岸动力场中，海浪极富变化性，它们一直是施加在任何海岸建筑物上最重要的环境荷载，所以，掌握其在近岸水域里的演变规律，较之于外海水域，显得更为重要和急需。因此，对波浪浅水变形规律开展研究具有重要的理论意义和应用价值。
二. 实验概述
实验在长沙理工大学云塘校区水利实验中心的波浪水槽内进行。所用的波浪水槽长45米，宽0.8米，高1.0米，波浪水槽两侧为透明玻璃，两端均有良好的消波设施，水槽配有液压伺服式不规则波造波机，其主控系统是大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室自行研究开发的Wavemake系统，该系统运行状态良好，精确度高。实验中的波高测量采用加拿大WG-50型号浪高仪，该仪器最小测量周期为1.5s，仪器测量误差为0.4%。数据采集采用优泰(UTekL)信号采集分析系统。
实验布置如图1所示，实验在斜坡上进行，在水槽内布置4个浪高仪，斜坡前2个，测量入射波。斜坡上2个，测量波浪的浅水变形。
造波机2#3#4#Lx1x3d1#ox4x2
图1 实验布置示意图
三. 实验内容和步骤
1. 布置实验设备，布置浪高仪。
2. 建立坐标系，选择坐标系原点，波浪传播方向为x轴正方向，垂直方向为z轴正方向。运用卷尺测量4个浪高仪所在的位置，并且得出相应的位置坐标。绘出实验布置图，得出浪高仪位置表1。
表1 浪高仪位置
浪高仪坐标 1# 2# 3# 4#
X(m)
3. 运用水位测针测量实验水深d。测量斜坡的坡度。
4. 入射波为规则波。选择造波参数（波高、波周期），参数分两组选取：周期T相同，波高H不同；波高H相同，周期T不同。
表1 造波参数表
周期T（s） 波高H(cm)
波高H(cm) 周期T（s）
5. 开始造波，从造波机造出的前四至五个波一般为不稳定波，将其忽略掉后再开始采集数据。
6. 同时观察并记录水质点的运动轨迹和波浪在斜坡上传播变形以及破碎的现象，记录波浪的破碎类型，采集完毕后停止造波。保存数据。