【摘要】：波浪是海洋環(huán)境的重要影響因素之一,波浪的準(zhǔn)確模擬對(duì)于工程建設(shè)具有非常重要的實(shí)踐意義,然而目前尚未有一種波浪模型能夠準(zhǔn)確地模擬外海風(fēng)浪生成、海浪傳播、近岸處波浪破碎等全部物理過(guò)程。本文對(duì)目前存在的各種波浪模型的理論研究和實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的回顧,綜合比較和分析了各類(lèi)波浪模型的優(yōu)點(diǎn)與不足,并在前人工作的基礎(chǔ)上利用波能平衡方程模型SWAN以及考慮非靜壓項(xiàng)的非線(xiàn)性淺水方程模型SWASH完成了中國(guó)東部海區(qū)至長(zhǎng)江口局部水域波浪場(chǎng)的數(shù)值模擬。通過(guò)SWAN和SWASH的嵌套模式可以快速地對(duì)海域波浪進(jìn)行高分辨率的數(shù)值模擬。針對(duì)中國(guó)東部海區(qū)至長(zhǎng)江口局部水域多尺度波浪數(shù)值模擬技術(shù)體系的建立,主要分為以下三個(gè)步驟：首先本文以風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和潮位數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)條件,運(yùn)用第三代淺海海浪數(shù)值模式SWAN模型對(duì)中國(guó)東部海區(qū)至長(zhǎng)江口水域的波浪進(jìn)行模擬。在該波浪模擬過(guò)程中,采用了SWAN模型自身三重嵌套結(jié)構(gòu)。本文所采用的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)是通過(guò)WRF模擬計(jì)算得到的,并選取了兩個(gè)測(cè)站的風(fēng)速值與模擬值進(jìn)行驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)擬合效果較好；潮位驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)是由Delft3D-FLOW模型得到的,其水位邊界由日本的天文潮模型NAO.99b嵌套獲取的,并選取了長(zhǎng)江口附近多個(gè)驗(yàn)潮站的實(shí)測(cè)潮位數(shù)據(jù)與模擬值進(jìn)行驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)Delft3D-FLOW能很好地模擬長(zhǎng)江口鄰近海域的水位。采用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)和潮位數(shù)據(jù)作為長(zhǎng)江口鄰近海域波浪模型的驅(qū)動(dòng)條件,對(duì)其波浪場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。選取長(zhǎng)江口、牛皮礁、南槽東以及浮標(biāo)觀(guān)測(cè)站四個(gè)波浪測(cè)站實(shí)測(cè)波高和波周期數(shù)據(jù)對(duì)SWAN模型進(jìn)行驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)波浪模型模擬的波高和周期與實(shí)際觀(guān)測(cè)的波高和周期基本吻合,說(shuō)明SWAN模型可以很好地模擬長(zhǎng)江口水域的波浪要素。其次,本文運(yùn)用非靜壓淺水方程模型SWASH對(duì)長(zhǎng)江口橫沙促淤圈圍五期工程南大堤?hào)|端附近波浪進(jìn)行了模擬。對(duì)該區(qū)域波浪場(chǎng)的模擬采用了SWAN和SWASH的嵌套模式,即在模擬過(guò)程中采用SWAN波浪模型輸出的波浪譜作為SWASH模型的驅(qū)動(dòng)邊界條件,并以近岸處壓力式測(cè)波儀觀(guān)測(cè)波浪數(shù)據(jù)對(duì)該模型進(jìn)行驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)模擬波面和觀(guān)測(cè)波面擬合較好。最后,本文通過(guò)SWASH自身嵌套的方式,以遠(yuǎn)岸波浪浮標(biāo)的波面時(shí)間序列為驅(qū)動(dòng),建立了該區(qū)域的一維數(shù)值模型。對(duì)遠(yuǎn)岸波浪浮標(biāo)處直至南大堤越浪集水池的波浪傳播變形過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果發(fā)現(xiàn)該一維模型可以準(zhǔn)確地模擬波浪爬坡越浪過(guò)程。本文通過(guò)上述從大尺度中國(guó)東部海區(qū)至小尺度南大堤?hào)|端波浪爬坡越浪過(guò)程的全部物理過(guò)程數(shù)值模擬的步驟,聯(lián)合運(yùn)用SWAN和SWASH模型,構(gòu)建了一種合理的多尺度的波浪模擬體系。最后,本文以經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的波浪模型為基礎(chǔ),對(duì)長(zhǎng)江口水域2013年全年波浪要素進(jìn)行了數(shù)值模擬。分別對(duì)2013年中國(guó)東部海區(qū)波浪、長(zhǎng)江口鄰近海域波浪的分布情況進(jìn)行了年綜合分析,以及季節(jié)性變化分析,并且繪制了四個(gè)季節(jié)的波高玫瑰圖進(jìn)行分析。對(duì)于長(zhǎng)江口橫沙促淤圈圍五期工程南大堤?hào)|端附近波浪,本文對(duì)某一時(shí)刻的波浪進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算,并分析了在此時(shí)刻波浪場(chǎng)的分布特征。同時(shí)建立了南大堤?hào)|端北向的一維波浪模型,對(duì)某一時(shí)間段的越浪值進(jìn)行了模擬計(jì)算,結(jié)果顯示該一維模型可以很好地反映此處的實(shí)際越浪量。本文建立了多尺度波浪數(shù)值模擬體系,并實(shí)現(xiàn)了在長(zhǎng)江口水域的應(yīng)用。該波浪模擬體系綜合考慮了風(fēng)浪生成、波浪傳播、波浪衰減破碎等所有物理過(guò)程,同時(shí)在模擬過(guò)程中考慮了潮流對(duì)波浪的影響,建立了長(zhǎng)江口鄰近海域的波流耦合模型。這種聯(lián)合運(yùn)用波能平衡方程SWAN和非線(xiàn)性淺水方程SWASH模型對(duì)波浪進(jìn)行真實(shí)模擬的方法,對(duì)工程應(yīng)用具有重要的意義,可以為波浪的數(shù)值模擬提供一定參考。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TV139.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2764854