波浪漫灘邊界對(duì)波浪數(shù)值計(jì)算的影響.pdf

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1、嘉囂葶囂期D海x'AC洋ESI科NA學(xué)R進(jìn)展v01‘Jul31y，N?o．3ADVANCESMARINESCIENCEZUI．52013年7月july，波浪漫灘邊界對(duì)波浪數(shù)值計(jì)算的影響楊家軒1，朱首賢弘，李訓(xùn)強(qiáng)1，張文靜1(1．解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院，江蘇南京211101；2．河海大學(xué)港El海岸與近海工程學(xué)院，江蘇南京210098)摘要：分別采用波浪漫灘邊界、固壁邊界進(jìn)行波浪水槽實(shí)驗(yàn)的數(shù)值模擬，檢驗(yàn)波浪漫灘對(duì)波浪數(shù)值計(jì)算的影響；然后設(shè)計(jì)了多種地形坡度的波浪數(shù)值模擬試驗(yàn)，分析不同地形坡度情況下波浪漫灘對(duì)波浪數(shù)值計(jì)算的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明，波浪漫灘對(duì)鄰近區(qū)域波浪數(shù)值計(jì)算的影響在

2、多種地形坡度下都很明顯，采用波浪漫灘邊界條件可有效提高波浪數(shù)值計(jì)算精度。關(guān)鍵詞：波浪漫灘；固壁邊界；水槽實(shí)驗(yàn)；數(shù)值模擬中圖分類號(hào)：P73l文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671—6647(2013)03—0305—08在海灘上，波浪向岸傳播時(shí)，水陸分界線隨波峰向岸推進(jìn)、隨波谷向海回退，在一個(gè)波動(dòng)周期中灘地出現(xiàn)被海水淹沒和露出水面的過程，這就是波浪漫灘或者稱為波浪爬高、波浪上爬，英文稱為“swash”[1。3]。波浪漫灘的時(shí)間尺度一般為幾秒至幾十秒，漫灘范圍為幾米至幾十米，它是一種小尺度運(yùn)動(dòng)。波浪漫灘對(duì)海岸工程和軍事活動(dòng)都有影響，尤其是波浪漫灘區(qū)泥沙運(yùn)動(dòng)活躍，它是近岸泥沙侵蝕、搬運(yùn)和

3、地貌演變的重要機(jī)制[2≈]。目前對(duì)波浪漫灘區(qū)水動(dòng)力及泥沙運(yùn)動(dòng)有很多研究[1引，而波浪漫灘對(duì)鄰近區(qū)域水動(dòng)力和泥沙運(yùn)動(dòng)的影響研究不多。波浪漫灘數(shù)值計(jì)算對(duì)波浪數(shù)值模式采用的運(yùn)動(dòng)方程和數(shù)值方法有特殊要求，技術(shù)難度大。因此，在波浪數(shù)值計(jì)算中，大多數(shù)忽略了波浪漫灘現(xiàn)象。本文采用能夠模擬波浪漫灘過程的Bousinessq方程波浪模式，通過數(shù)值模擬試驗(yàn)，分析波浪漫灘對(duì)波浪數(shù)值計(jì)算的影響。1模式介紹本文采用的Bousinessq方程波浪模式是美國Delaware大學(xué)研制的Funwave模式‘“。用完全非線性Bousinessq方程‘引：孕一E(叩，“，口)+rE：(71，U，口)+f(x，Y，

4、￡)Funwave模式采EU(u)]一一F(q，“，訓(xùn))+[F，(u)]，+r[Fz(叩，甜，u)+F7(7／，“，，訓(xùn)，)]+Fb+Fb。+Fh+F。(2)IV(v)]，一G(叩，“，u)+[G·(u)]，+y[G2(r／，“，u)+G‘(7／，M，，u，)]+Gb+Gb，+Gh+G，。(3)式中，r／是波面水位；^是靜止水深；比，可分別是z一％一一0．531h深度水平速度在工，Y方向的分量；下標(biāo)t是對(duì)時(shí)間的偏導(dǎo)。y從1到0代表了完全非線性和弱非線性的情況。U，V，E，E。，F(xiàn)，F(xiàn)，，F(xiàn)：，G，G，，G。，F(xiàn)‘，G‘是叩，“，u，“，，u，的函數(shù)，定義為U—U+hEb。hu

5、。+b2(hu)。](4)收稿日期：2012-0819資助項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金——引入波浪漫灘邊界的近岸海域懸沙輸運(yùn)數(shù)值模式及其應(yīng)用(41076048)，長江沖淡水?dāng)U展區(qū)域低鹽水團(tuán)動(dòng)力機(jī)制(40906044)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目——流和溫鹽垂向異構(gòu)坐標(biāo)的新型海洋模式研制及其應(yīng)用(20llB05714)作者簡介：楊家軒(1989一)，男，安徽郎溪入，碩士研究生，主要從事海島海岸帶水動(dòng)力與數(shù)值計(jì)算方面研究．E-mail：yanajiaxuan89@126．com*通訊作者，E～mail：zhushouxian@vip．sina．corn(王燕編輯)～306海洋科學(xué)進(jìn)展3

6、l卷—————————————————————————————————————————一一：V2口+h[blhv。+b2(?？?。](5)E一一÷[(以“)z+(以口)，]一{以·^3(“一+刁”)+nz^2[(^“)。+(矗勘)。])，一(6){口·h3(M。+u。)+nzh2[(?！?。+(^u)。]}，F(xiàn)一一g叩，一(uu，+訛y)G一一g叩y一(uv，+zroy)Fl一～h[61矗訓(xùn)，，+b2(^口)。]G1一～h[blhu。+b2(hu)。]G2一{丟(z：叫m(M，+vy)x+口(“，+叫，])，一((％一T／)[“[(hu)，+(^口)，]，+v[(hu)，+(

7、^口)，]，])，～專{[(^“)，+(^口)，+叩(“，+可，)]z)，F(xiàn)一{丟礦[(¨z+(∞，]+7[叭¨1+瞰洲，]卜(7)(8)(9)(10)(12)(13)(14)G‘一{寺礦[(“，)，+(鉚，)，]+7[[^(“，)]，+[^(奶)]，]}(15)式中，口，，“z，6·，bz是和無量綱的水深系數(shù)p—z。／h一一0．531有關(guān)的一系列常數(shù)，定義為：口，一{182一丟，az一盧+i1，6，一專伊，6。一風(fēng)目前，對(duì)于岸線移動(dòng)邊界的處理方法主要有干濕網(wǎng)格陋胡和窄縫法睜Io]，F(xiàn)unwave模式采