波浪对潮流影响的数值模拟及其应用
港口工程中的波浪与潮流建模与预测
港口工程中的波浪与潮流建模与预测1.引言港口是贯通陆地和海洋之间的桥梁，它的运营和设计对于国家的经济发展和海洋资源的利用至关重要。
然而，波浪和潮汐是港口工程设计中需要面对的重要挑战之一。
准确地预测和建模波浪和潮汐对港口的影响是确保港口安全运营和有效设计的关键。
2.波浪建模与预测波浪是海洋中的一种自然现象，它是由风力在水面上的传播所引起的。
波浪的特性如高度、周期和方向等，对港口的波浪侵蚀、维护和航运的影响至关重要。
因此，准确地建模和预测波浪是港口工程设计中的基础。
在波浪建模中，常用的方法包括经验公式、数值模拟和实测数据处理。
经验公式根据历史数据和经验规律，通过公式计算出波浪的特征参数。
数值模拟使用计算流体力学方法，通过分析风场、位移场和压力场等参数，预测波浪的传播和变化。
实测数据处理则是通过安装在海洋中的浮标、浪高计等仪器，采集实时数据，并通过分析来预测波浪。
波浪预测的关键在于参数的准确性和模型的精度。
因此，在建模和预测过程中需要考虑风速、风向、水深、波浪周期和波浪传播路径等多个因素的影响。
这些参数通常通过气象站、测流站和测波站等设备进行观测和采集。
通过对实测数据的处理，可以建立起准确的波浪预测模型，提供港口工程设计的依据。
3.潮流建模与预测潮汐是地球引力场和日地引力相互作用所产生的海洋表面的周期性变动。
潮汐在港口工程中的建模和预测，对于港口航道的安全设计和运营至关重要。
潮流的特点如流速和流向，直接影响到港口的航运和船只进出。
潮流建模和预测中的主要方法有经验公式、数值模拟和实测数据处理。
经验公式是基于历史潮汐数据和经验规律，通过公式计算潮流的特征参数。
数值模拟使用数学模型和计算流体力学方法，通过分析引力场、流速场和压力场等参数，预测潮流的传播和变化。
实测数据处理则是通过在港口和沿岸布设浮标和测流计等设备，采集实时数据，并通过分析来预测潮流。
潮流预测需要考虑多个因素，包括日地月引力的变化、地球的地理形状和地形的变化等。
典型海湾风暴潮特征数值模拟与研究
典型海湾风暴潮特征数值模拟与研究杨万康;杨青莹;张峰;宋泽坤【摘要】铁山港海湾是一个遭受风暴潮灾害影响较为严重的半封闭型海湾,基于有限元海洋数学模型ADCIRC (AdvancedCirculation Model)研究了1409号“威马逊”台风期间铁山港海湾的风暴潮特征及非线性作用.结果表明:当考虑天文潮与风暴潮之间的相互作用时,风暴潮水位的计算结果更加准确,只考虑纯台风影响时,计算结果会低估风暴潮增水值,高估减水值,对预报结果造成较大的误差.海湾内部的增水要远大于湾外,但是减水值则相差不大.通过对天文潮和风暴潮非线性作用的影响因子进行分析,风应力的浅水效应可以忽略,但底摩擦项和对流项影响较大.在海湾内部对流项占主导地位,与天文潮的耦合作用也较强;而在湾外,底摩擦项占优势,耦合作用在海湾内外都较强.天文潮与风暴潮相互作用产生的非线性水位在湾顶处最大可达0.94 m,出现在风暴潮最大减水时刻,风暴潮增水发生后有所减弱,非线性水位表现出从湾外向湾内递增的规律.【期刊名称】《海洋通报》【年(卷),期】2018(037)005【总页数】12页(P537-547,564)【关键词】ADCIRC;“威马逊”台风;最大风暴潮减水;最大风暴潮增水;非线性水位【作者】杨万康;杨青莹;张峰;宋泽坤【作者单位】国家海洋局第二海洋研究所工程海洋学重点实验室,浙江杭州310012;国家海洋局第二海洋研究所工程海洋学重点实验室,浙江杭州310012;国家海洋局第二海洋研究所工程海洋学重点实验室,浙江杭州310012;国家海洋局第二海洋研究所工程海洋学重点实验室,浙江杭州310012【正文语种】中文【中图分类】P731.34风暴潮是由强烈的大气扰动所引发的海面异常上升现象，能够对沿岸造成严重的灾害。
例如2005年Katrina台风是大西洋历史上最强的台风之一，其引发的风暴潮增水，在密西西比河沿岸超过了9 m，共造成1 000多人死亡和800亿美元损失，众多的惨痛事实说明需要加深对风暴潮灾害的研究，才能提高潮位预报水平及防范洪水风险的能力。
海洋环境中流体动力学的数值模拟方法
海洋环境中流体动力学的数值模拟方法引言流体动力学是研究流体运动和力学性质的学科，广泛应用于海洋科学领域。
海洋环境中的流体动力学问题包括海浪、潮流、洋流等多种现象。
为了更好地理解和预测这些现象，数值模拟方法成为研究者们的重要工具。
本文将介绍海洋环境中流体动力学的数值模拟方法及其应用。
流体动力学基础在介绍数值模拟方法之前，首先简要介绍一些流体动力学的基本概念。
流体动力学基于连续介质假设，将流体视为连续一致的介质。
流体运动可以通过质量守恒、动量守恒和能量守恒三个基本方程描述。
质量守恒方程质量守恒方程描述了流体质量的变化情况。
在海洋环境中，质量守恒方程可以写作:$$ \\frac{{\\partial \\rho}}{{\\partial t}} + \ abla \\cdot (\\rho \\mathbf{v}) = 0 $$其中，$\\rho$是流体密度，$\\mathbf{v}$是流体速度矢量，$\\frac{{\\partial}}{{\\partial t}}$表示时间导数，$\ abla \\cdot$表示散度操作。
动量守恒方程动量守恒方程描述了流体动量的变化情况。
在海洋环境中，动量守恒方程可以写作:$$ \\frac{{\\partial \\rho \\mathbf{v}}}{{\\partial t}} + \ abla \\cdot (\\rho\\mathbf{v} \\mathbf{v}) = -\ abla p + \\rho \\mathbf{g} + \\mu \ abla^2\\mathbf{v} $$其中，p是流体压强，$\\mathbf{g}$是重力加速度，$\\mu$是流体的粘度系数，abla2表示拉普拉斯算子。
能量守恒方程能量守恒方程描述了流体能量的变化情况。
在海洋环境中，能量守恒方程可以写作:$$ \\frac{{\\partial (\\rho E)}}{{\\partial t}} + \ abla \\cdot (\\rho \\mathbf{v} E) = -\ abla \\cdot (\\mathbf{v} p) + \ abla \\cdot (\\mu \ abla \\mathbf{v}) + \ abla \\cdot (\\mathbf{q} - \\mathbf{v} \\cdot \\mathbf{q}) $$其中，$\\rho E$是单位体积的总能量，$\\mathbf{q}$是热通量矢量。
沿海工程中的波浪与海浪数值模拟
沿海工程中的波浪与海浪数值模拟近年来，沿海工程的建设如火如荼，随之而来的是对波浪与海浪的数值模拟需求逐渐增加。
波浪与海浪数值模拟是指通过数值方法对海洋中波浪与海浪的变化进行模拟和预测，旨在为沿海工程的规划、设计和施工提供科学依据。
本文将简要介绍沿海工程中的波浪与海浪数值模拟的方法和应用。
波浪与海浪的数值模拟主要通过计算流体力学方法来实现。
其中最常用的方法是雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)和傅里叶波谱方法。
RANS方法基于连续方程和雷诺应力方程，通过求解这些方程来模拟波浪和海浪的行为。
傅里叶波谱方法则是通过将波浪与海浪分解为一系列正弦波来进行模拟。
这些方法在研究波浪传播、波浪反射、波浪干涉以及波浪对结构物的作用等方面具有重要意义。
在沿海工程中的具体应用方面，波浪与海浪的数值模拟可以用于确定海域的波浪条件，为工程设计提供基础数据。
通过模拟不同海况下的波浪变化，可以评估工程结构物的稳定性和安全性。
例如，当设计海上风电场时，需要考虑到不同风况下的波浪变化对风机和输电线路的影响。
此时，数值模拟可以帮助工程师预测海上波浪的变化情况，为风电场的布局和设计提供参考。
另外，波浪与海浪的数值模拟还可以用于预测海洋灾害，提前做好灾害防护准备。
例如，在台风来临前，通过对海浪的数值模拟可以预测台风引起的海浪高度和波浪周期，为沿海地区的防护工程和灾害应对提供重要依据。
这在沿海地区的防患于未然上具有重要意义。
此外，波浪与海浪的数值模拟还可以用于优化沿海工程结构物的设计。
通过对波浪在结构物上的作用进行模拟，可以评估结构物的稳定性、耐波性能以及对波浪的反射和干涉情况。
这为工程师提供了宝贵的信息，可以优化设计方案，提高工程结构物的安全性和可靠性。
同时，在实际的波浪与海浪数值模拟中，还需要考虑一些特殊因素。
例如，海底地形、海流和潮汐等因素都会对波浪的传播和变化产生影响。
因此，在模拟中需要考虑这些因素的综合影响，提高模拟结果的准确性和可靠性。
港口船舶停泊设施的波浪与潮流影响研究
港口船舶停泊设施的波浪与潮流影响研究引言：港口是国际贸易的关键支撑点，船舶停泊设施在港口发展中起着至关重要的作用。
然而，波浪和潮流对港口船舶停泊设施的影响不可忽视。
本文将探讨波浪与潮流对港口船舶停泊设施的影响，并提出相应的研究方法和应对策略。
一、波浪对港口船舶停泊设施的影响1. 波浪对泊位结构的影响：波浪对泊位结构的冲击力会引起结构的损坏和疲劳。
较大的波浪会对桥梁、码头和泊位的强度和稳定性造成威胁。
因此，需要研究波浪的传播规律以及波浪对结构的冲击力，以保证港口设施的安全性和稳定性。
2. 波浪对船舶操作的影响：波浪会对船舶操作造成困难，如波浪的涌动可能使得船舶起锚、锚定或配线操作变得复杂。
此外，在大波浪环境下，作业船舶和码头设施之间的对接和对码作业也会受到波浪的干扰。
因此，研究波浪对船舶操作的影响有助于提高港口的运营效率和安全性。
3. 波浪对航道航行的影响：波浪会对航道航行产生阻碍和摩擦力，造成船舶的动力损失和推进效率下降。
在激烈的波浪环境下，船舶可能无法按计划进出港口，从而影响港口船舶的停靠和货物装卸。
因此，研究波浪对航道航行的影响对于提高港口的通航能力和效率具有重要意义。
二、潮流对港口船舶停泊设施的影响1. 潮流对港口水深的影响：潮流的涨落会改变港口水深，尤其是在密闭或浅水区域。
这可能导致泊位淤泥或沙尘的积聚，限制船舶的进出港能力。
因此，研究潮流的涨落规律及其对港口水深的影响有助于确保船舶的安全进出港。
2. 潮流对泊位结构的冲刷影响：潮流的速度和方向可能对泊位结构产生冲刷和侵蚀的作用。
在长期的潮流作用下，泊位、码头等结构物可能受到水流冲刷而丧失稳定性。
因此，研究潮流对泊位结构的冲刷影响，有助于制定有效的防护和维护措施。
3. 潮流对船舶操作的影响：潮流的流速和方向可能对船舶的操纵和控制产生不利影响，尤其是在狭窄的港口航道中。
船舶在潮流环境中的操纵性能需要得到充分评估，以保证船舶能够安全进出港口。
2025届高中地理高考复习学案：波浪和潮汐
波浪和潮汐（答案在最后）必备知识梳理一、波浪(1)海滨和海上活动：密切关注________，选择适宜活动的________条件。
(2)海啸和风暴潮：________巨大，往往给沿岸地区带来灾难性后果。
(3)塑造海岸地貌的主要动力：人们通过工程和________措施来减缓波浪对海岸的侵蚀。
[思维拓展]波浪要素示意图二、潮汐1．概念：是指海水在________和________引力作用下发生的周期性涨落现象。
白天的海水涨落称为____，夜晚的海水涨落称为____。
2．成因：能量来自月球和________对地球的引力。
3．规律：一天____次海水涨落，农历初一、十五前后最为明显。
4．潮汐的应用(1)利用潮汐规律进行潮间带______和______。
(2)利用潮汐规律进行沿海港口建设和航运、________等。
[特别提醒](1)潮汐能的特点潮汐能属于可再生能源，蕴藏量大，利用成本低；潮汐能属于清洁能源，潮汐能发电对环境污染小；利用潮汐能发电的水库都是用河口或海湾建成的，基本不占用耕地；潮汐能是一种相对稳定可靠的能源，受气候等自然因素的影响小。
(2)沿海地区利用潮汐发电，一天中可以发电4次潮汐发电，涨潮和落潮均可发电，一天中白天和夜晚海水各有一次涨落潮，故一天可以进行4次发电。
【知识体系构建】关键能力提升能力点波浪、潮汐与人类活动精讲点拨1.2.(1)潮汐的形成：受太阳和月球引潮力的影响，形成的海水周期性涨落现象。
(2)潮汐规律及成因①一天两次潮涨潮落：在地球上，当某地处于正对或背对月球时，此处的海水被月球引潮力“拉”起来，周围的海水也向此处聚集，形成涨潮。
地球自转使得大部分海域海水一天出现两次涨落。
②大潮：每逢农历初一、十五前后，太阳、月球和地球在一条直线上，太阳和月球的引潮力叠加在一起，海水面凸出更高，形成大潮。
③小潮：每逢农历初八、二十二前后，太阳、月球和地球形成直角时，月球与太阳的引潮力相互抵消了一部分，海水面凸起较小，形成小潮。
港口航道设计中的水文分析
港口航道设计中的水文分析港口航道作为水运交通的重要基础设施，其设计的合理性和安全性直接关系到船舶的通航效率和航行安全。
而水文条件是港口航道设计中至关重要的因素之一，对港口航道的选址、布局、尺度以及通航能力等方面都有着重要的影响。
因此，在港口航道设计过程中，进行全面、深入的水文分析是必不可少的环节。
一、港口航道设计中水文分析的重要性水文条件的复杂性和多变性使得其对港口航道的影响十分显著。
首先，水流的速度、流向和流量直接决定了船舶在航道内的航行阻力和操纵难度。
过大的水流速度可能导致船舶失控，过小的流量则可能影响航道的水深和通航能力。
其次，水位的变化会影响港口码头的装卸作业和船舶的靠泊安全。
极端高水位可能使码头被淹没，极端低水位则可能导致船舶搁浅。
此外，波浪的大小和周期也会对港口设施和船舶造成冲击和损坏。
二、港口航道设计中需要考虑的水文要素（一）潮位潮位是指海面在天体引潮力作用下产生的周期性升降运动所达到的水位。
在港口航道设计中，需要准确掌握当地的潮位特征，包括平均潮位、最高潮位、最低潮位、潮差以及潮型等。
这些参数对于确定航道的底高程、码头的前沿水深以及防波堤的高度等具有重要意义。
（二）波浪波浪是由风引起的海面起伏现象。
波浪的要素包括波高、波长、波周期和波向等。
在港口航道设计中，需要考虑波浪对港口水域的影响，如波浪对码头结构的冲击、对船舶靠泊和系泊的影响等。
同时，还需要根据波浪情况合理设计防波堤，以减少波浪对港口的影响。
（三）水流水流是港口航道中水体的运动形式，包括潮流、径流和风生流等。
水流的速度和流向对船舶的航行和操纵有着重要影响。
在设计航道时，需要根据水流情况确定航道的走向和宽度，以减少水流对船舶的阻力和提高通航安全性。
（四）泥沙运动泥沙运动是指在水流、波浪等动力作用下，泥沙的输移和沉积过程。
港口航道附近的泥沙运动可能导致航道淤积，影响通航水深。
因此，在设计过程中需要对泥沙的来源、输移路径和沉积规律进行分析，采取相应的防淤措施，如合理布置导堤、疏浚等。
海岸河口水动力数值模拟研究及对泥沙运动研究的应用
海岸河口水动力数值模拟研究及对泥沙运动研究的应用一、本文概述随着全球气候变化和人类活动的不断加剧，海岸河口地区的水动力环境和泥沙运动特性发生了显著变化，这对海岸河口地区的生态、环境和经济发展产生了深远影响。
因此，对海岸河口的水动力数值模拟及泥沙运动研究具有重要的理论和实践意义。
本文旨在探讨海岸河口地区的水动力数值模拟方法，并分析其在泥沙运动研究中的应用。
本文将对海岸河口的水动力数值模拟进行概述，介绍数值模拟的基本原理、常用模型和方法，以及模型建立和验证的一般流程。
本文将重点分析水动力数值模拟在泥沙运动研究中的应用，包括泥沙输移、沉积和再悬浮等方面的模拟和研究。
本文将通过具体案例，探讨水动力数值模拟在海岸河口地区泥沙运动研究中的实际效果和应用前景。
通过本文的研究，旨在为海岸河口地区的水动力数值模拟和泥沙运动研究提供理论支持和实践指导，为海岸河口地区的可持续发展和生态环境保护提供科学依据。
二、海岸河口水动力数值模拟基础海岸河口水动力数值模拟是对海岸河口地区水流运动进行量化分析和预测的重要手段。
它基于流体力学的基本原理，结合数值计算方法，对水流、潮汐、波浪等动力因素进行模拟，揭示这些动力因素在海岸河口地区的运动规律。
在进行海岸河口水动力数值模拟时，需要首先建立数学模型。
这些模型通常包括控制方程、边界条件、初始条件等。
控制方程一般基于Navier-Stokes方程，描述水流运动的基本规律。
边界条件和初始条件则根据具体的研究区域和实际问题进行设定，如河口的开敞程度、潮汐的影响、风的作用等。
数值求解方法是数值模拟的核心。
常用的数值求解方法包括有限差分法、有限元法、谱方法等。
这些方法各有优缺点，需要根据具体的问题和模型选择合适的方法。
例如，对于复杂的海岸河口地形，有限元法可能更适合；而对于大尺度的海洋流场模拟，谱方法可能更有优势。
在进行数值模拟时，还需要考虑模型的验证和校准。
这通常通过与实际观测数据进行对比来实现。
连云港海域“达维”台风风暴潮数值模拟
连云港海域“达维”台风风暴潮数值模拟齐庆辉;朱志夏;东培华;童巍;熊伟;陈允才;庞亮【摘要】“达维”台风是建国以来登陆长江以北地区最强的台风.应用Jelesnianski台风参数模型、MIKE-SW波浪模型和MIKE-FM潮流模型,研究该台风在江苏海域登陆过程中台风浪、风暴潮的分布特征.计算结果表明,台风参数模型和台风浪模型验证较好,能够为风暴潮模拟提供准确的动力条件.台风过境期间,连云港海域最大风速超过40 m/s,产生明显的海面强烈上升现象,台风中心附近水域最大风暴增水为1.7～1.8 m,高潮时刻风暴增水为0.6～0.7 m.该模拟系统能够准确模拟台风过境期间连云港海域风暴潮变化过程,对防灾减灾的数值预报具有重要价值.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】5页(P19-23)【关键词】达维台风;风暴潮;数值模拟;连云港海域【作者】齐庆辉;朱志夏;东培华;童巍;熊伟;陈允才;庞亮【作者单位】江苏省交通规划设计院股份有限公司,江苏省水运工程技术研究中心,江苏南京210014;江苏省交通规划设计院股份有限公司,江苏省水运工程技术研究中心,江苏南京210014;江苏省交通规划设计院股份有限公司,江苏省水运工程技术研究中心,江苏南京210014;连云港港30万吨级航道建设指挥部,江苏连云港222042;江苏省交通规划设计院股份有限公司,江苏省水运工程技术研究中心,江苏南京210014;连云港港30万吨级航道建设指挥部,江苏连云港222042;连云港港30万吨级航道建设指挥部,江苏连云港222042【正文语种】中文【中图分类】U617.6风暴潮是指由于剧烈的大气扰动、强风和气压骤变导致海水异常升降，使海区潮位大大地超过平常潮位的现象。
我国拥有超过1.8万km的海岸线，且纬度范围大，是少数既受台风风暴潮影响又受温带风暴潮影响的国家之一。
据统计，2000—2010年，我国每年因风暴潮灾害造成的直接经济损失高达124.9亿元。
基于海浪谱的风暴潮海浪数值仿真与功率谱估计
第30卷第1期齐齐哈尔大学学报Vol.30,No.12014年1月Journal of Qiqihar Univers i tyJan.,2014基于海浪谱的风暴潮海浪数值仿真与功率谱估计陈小健1，吴庆1，张道明2（1.江苏科技大学土木工程与建筑学院，江苏镇江212003；2.齐齐哈尔大学建筑与土木工程学院，黑龙江齐齐哈尔161006）摘要：基于随机海浪的数学模型，采用改进的JONSWAP 谱，以最高风暴潮位对应的有效波高和平均周期作为海浪谱的特征参数；利用谱分析法，通过MATLAB 编程实现了风暴潮浪的数值仿真，模拟得到的风暴潮极值潮位与文献所给的试验数据较为吻合。
最后，根据welch 算法基本原理，利用M ATLAB 中的pwelch 函数对海浪的仿真结果进行了功率谱估计，证明其仿真效果良好。
关键词：海浪谱；风暴潮浪；MATLAB 仿真；功率谱估计中图分类号：TP391文献标志码：A文章编号：1007-984X(2014)01-0035-05研究由超强台风引起的沿海风暴潮台风浪过程，对于海洋预报和海洋灾害防御具有重要的现实意义。
基于海浪谱的海浪模拟是运用线性波浪理论，将海浪视为由无数多个不同波高和波周期的简谐波叠加而成，通过随机初相位来体现海浪的随机性，以此再现真实海况下的海浪波形。
本文针对沿海台风风暴潮海浪预报研究以及对海洋平台结构性能影响研究的需要，对风暴潮的随机海浪进行了数值仿真和功率谱估计，验证了仿真结果的合理性和方法的可行性。
1海浪模型及海浪谱1.1随机海浪的数学模型自然界中的海浪具有随机的特性，需要运用随机过程理论加以描述。
对于短期海况而言，认为海浪是一个平稳随机过程。
根据随机过程理论，海浪可看作是由无数多个余弦函数叠加而成，其数学模型为[1]1()cos()i i i i i t a k x t ηωε∞==+∑（1）式中：i a 、i k 、i ω分别代表第i 个组成波的波幅、波数和圆频率；i ε代表第i 个组成波的初相位，是一个在0~2π区间上均匀分布的随机数。
流体力学在海洋工程中的应用探讨
流体力学在海洋工程中的应用探讨流体力学是研究流体力学性质和行为的学科，它在各个领域都有广泛的应用。
本文将探讨流体力学在海洋工程中的应用。
1. 引言海洋工程是指在海洋环境中开展各种工程活动的学科，涵盖了海底资源开发、海洋能源利用、海洋环境保护等多个方面。
由于海洋环境的特殊性，海洋工程涉及到复杂的流体力学问题。
2. 海洋流体力学模拟海洋工程中的流体力学问题往往需要进行数值模拟，以预测和分析海洋工程项目的行为。
海洋流体力学模拟是利用计算机技术对海洋中的流体力学问题进行数值解析和模拟的过程。
在海洋流体力学模拟中，通常采用有限元方法、有限差分方法和边界元方法等数值计算方法。
通过对风、波、潮、流等力学作用进行模拟，可以分析海洋工程结构的稳定性、动力响应等性能。
3. 海洋工程中的流体力学问题海洋工程中常见的流体力学问题主要包括以下几个方面：3.1. 海洋波浪海洋波浪是海洋中最常见的流体力学现象之一。
波浪对海洋结构物的作用力会引起结构的振动和应力变化。
通过研究波浪的传播和反射规律，可以评估海洋结构物的设计安全性。
3.2. 海洋流海洋中的潮流、洋流对海洋工程具有重要影响。
通过模拟海洋流场，可以分析海洋结构物受流载荷的大小和方向，从而确定结构物的设计参数。
3.3. 海洋结构物的稳定性海洋结构物的稳定性是海洋工程中的关键问题之一。
通过模拟海洋环境下的流体力学作用，可以评估结构物的稳定性，并根据模拟结果进行结构优化设计。
3.4. 海洋工程的水动力响应海洋结构物在海洋环境中受到波浪和潮流等水动力作用的影响，会产生振动和位移等响应。
通过分析水动力响应，可以评估结构物的舒适性、可靠性和安全性。
4. 海洋工程中的流体力学案例4.1. 海底管道的水动力分析海洋石油开发中常常需要在海底敷设管道。
在管道的设计过程中，需要对管道在海洋环境下受到的水动力作用进行分析和计算，以保证管道的稳定性和安全性。
4.2. 海洋风电场的风荷载计算海洋风电场是利用海洋风能发电的一种新型能源开发方式。
台风浪风暴潮作用下三维潮流数值模拟
台风浪风暴潮作用下三维潮流数值模拟朱志夏; 熊伟【期刊名称】《《哈尔滨工程大学学报》》【年(卷),期】2019(040)010【总页数】7页(P1675-1681)【关键词】波生流; 波流共同作用; 三重网格嵌套; 台风浪; 风暴潮; 三维潮流模型【作者】朱志夏; 熊伟【作者单位】中设设计集团股份有限公司江苏南京210014; 浙江贵仁信息科技股份有限公司浙江杭州310051【正文语种】中文【中图分类】U611台风引起的台风浪和风暴潮很容易造成近岸浅滩大量泥沙的起动，在短时间内能造成航道或港池的强淤和堤防、防波堤等港口航道与海岸及近海工程建筑物遭到严重损坏。
因此，工程海域台风浪、风暴潮以及泥沙输移、港口航道淤积等的数值模拟和预测是当前各国科研人员重点关注的研究热点。
由于河口海岸岸线曲折、工程边界复杂、水深变化大、水流结构复杂，为了更加准确地模拟台风浪风暴潮作用下的泥沙输移、海床演变、港池航道强淤，有必要进行台风浪风暴潮作用下三维潮流数值模拟技术的研究，并建立相应的数学模型，重点需要做好以下几个方面的研究。
台风风场气压场模拟方面：常用的有参数模型、中尺度大气模式(MM5)和中尺度大气模式(WRF)，其中，台风参数模型由于编程简单、使用方便被广泛应用，而MM5有被WRF替代的趋势。
杨洋[1]基于Jelesnianski2型风场模式、藤田气压模式导出风场模式，开发了台风风场气压场的参数模型，并将模拟结果与NCAR 资料的背景风场进行合成。
由于各个台风风场气压场个性化差异较大，朱志夏等[2]根据目前国内外最著名的台风参数模式，考虑背景风场的影响，开发了台风风场与气压场模拟系统V1.0。
包括 8个台风风场模型和相应的气压场模式，可以根据各个台风风场的特点，选择最合适的计算模式。
朱志夏([3]利用强台风“韦帕”(2007年13号台风)的资料及区域内风、浪、气压、水文等相关资料，应用中尺度大气模式MM5模拟了台风WIPHA的风场和气压场。
强风浪海域波浪掀沙、潮流输沙机理及数学模型研究的开题报告
强风浪海域波浪掀沙、潮流输沙机理及数学模型研究的开题报告1. 研究目的和方向强风浪海域的波浪掀沙和潮流输沙，对海洋生态系统和沿海城市的建设、人类生产和生活产生了重要的影响。
本研究旨在研究强风浪海域的波浪掀沙和潮流输沙机理，建立数学模型，为相关领域的研究和实践提供科学支撑。
2. 研究内容和方法（1）波浪掀沙机理：分析强风浪海域波浪对海底沙质物的作用机理，测量波浪高度、周期、入射角等波浪参数，研究波浪的作用深度、平均沉积速率、沉积物体积等参数。
（2）潮流输沙机理：分析强潮流对海底沙质物的运动机理，测量潮流速度、潮位、水深等参数，研究潮流对沙质物的输移和沉积影响。
（3）建立数学模型：结合波浪、潮流、沙质物的物理作用机理建立数学模型，对波浪掀沙和潮流输沙过程进行数值模拟。
（4）实验研究：采用水槽试验、野外实测等研究方法，探究实际海洋环境下波浪掀沙和潮流输沙的实际表现。
3. 研究意义和预期成果本研究将深入探究强风浪海域的波浪掀沙和潮流输沙机理，建立相应的数学模型，对相关领域的学术研究和工程实践具有重要的意义。
预期成果包括：（1）分析强风浪海域波浪掀沙和潮流输沙的机理和规律，深入了解它们对海洋生态系统和沿海城市的影响。
（2）建立相应的数学模型，对波浪掀沙和潮流输沙过程进行数值模拟，提高研究效率，为工程实践提供科学支撑。
（3）实验研究，探究波浪掀沙和潮流输沙的表现，验证模型的可靠性和有效性。
4. 研究计划和进度（1）研究内容和方法：2021年1月-2021年7月（2）建立数学模型：2021年7月-2022年5月（3）实验研究：2022年5月-2023年1月（4）数据分析和成果总结：2023年1月-2023年7月5. 预期研究难点（1）强风浪海域波浪掀沙和潮流输沙的物理作用机理极为复杂，需要长期深入的理论探究和实验研究。
（2）建立数学模型需要综合考虑波浪、潮流、沙质物等多方面的因素，同时还需要进行多重验证和检验。
波浪数值模拟
科技与创新┃Science and Technology &Innovation·132·2018年第13期文章编号：2095－6835（2018）13－0132－02波浪数值模拟＊刘素美（中国石油大学（华东）理学院，山东青岛266580）摘要：对海浪的研究在现代水力学、流体力学、波浪学、计算机图形学、虚拟现实应用、雷达回波模拟等领域中有重要价值，因此，基于已知海浪谱开展不同风速下的海浪数值模拟研究。
海浪的存在会造成海面粗糙，进而影响海洋表面的光学微波散射/辐射特性，所以，对海浪进行数值模拟，提取海面的粗糙度信息，是进一步利用光学微波遥感技术进行海洋探测与海洋物理特征参数反演的重要基础。
关键词：海浪；数值模拟；海洋遥感；风速中图分类号：P731.22文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2018.13.1321引言海面受风的压力发生凹凸起伏变化，此即为海浪的起始阶段，海浪继续受风力作用，从风中吸取能量，海浪高度逐渐加大，波长逐渐加长，到达波澜壮阔的情况[1]。
从波动理论讲，海浪的形成是水质点离开其平衡位置做周期性运动，并带动临近质点，导致其运动状态在空间的传播。
开展海浪数值模拟不仅在风浪相互作用的物理机制研究方面具有科学价值，而且在海岸工程、远洋运输、海洋渔业、溢油模拟和海洋遥感探测等方面也发挥重要作用[2]。
海浪大小表示外界风因素对海面作用的能量大小，海浪具有的能量可由不同频率波的能量合成来表征。
基于波面造型的方法，海浪可由不同频率、不同方向、不同振幅、不同相位的余弦波的叠加来模拟。
空间点（x ，y ）在t 时刻的高度场函数可用下列公式（1）表达[3]：=），，（t y x η[].y x k t aNn Mm ∑∑==++-11m ，n mm n n m ，n sin cos cosψθθω）（（1）式（1）中：N ，M 分别为频率分割数和方向分割数；ψn ，m 为初始相位；a n ，m 为组成波的振幅；θm 为方向角；ωn 为角频率；k n 为波数。
二维情况下波浪对潮流场作用的数值分析
波 浪要 素叠加 到潮 流 运 动 方 程 中， 来 计 算 波 浪对 用
流 的 运 动 状 态 的 影 响 ， 要 着 眼 于 波 浪 和 潮 流 对 于 主 泥沙 的输运研 究 ．
Ｓ ＷＡＮ计 算 波浪 要 素 ， 以波浪 动 量余 通 量 的方 式 引
入到 近海 流 场模 式 中建立 了考 虑波 浪作 用 的流场方
收 稿 日期 ：２ ０ — ３ ２ ；修 订 日期 ：２ ０ — ５ ２ ． ０ ６０ —８ ０ ６０ — ９
波 浪 的作用转 化 为 函 数形 式 的要 素 ， 是关 于 这 些 但
基 金 项 目 ：国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ ０ ０ ０ ５ ； 宁 省 自然 科 学 基 金 资 助项 目（ ０ ３ １ ５ ． ５５９０）辽 ２０ ２ １ ） 作 者 简 介 ：王世 澎 （ ９ Ｏ ） 男 ， 北 省 鹿 泉 市人 ， 士 ， 事海 洋 动力 学 数 值 模 拟 ． — ｉ ｐ ｎ （ ｔ ｄ ｎ ． ｌｔ ｅ ｃ １８一 ， 河 博 从 Ｅ ｍａｌ ｗａ ｇ ：ｓ ￣ｓｕ ｅ ｔ ｄｕ ｄ． ｎ
流 共 同作 用 下 的 底 部 剪 切 应 力 进 行 了 分 析 计 算 ．
Ｔｈ ｍａ［ 对线 性 和 非 线 性 波 浪 与 均 匀 流 的 相 互 ｏ ｓ９ 作 用进 行 了实验 和数 值研 究 ． 白辅 中和黄 蕙 ［ １ 结 总 了辐射 应 力 在 波 流 相 互 作 用 中 的 研 究 进 展． 文 辛 杰 ［］ 虑 了波浪 辐射 应力 、 摩 阻 的增 加 以及 波 浪 １考 底
第一 种方 法是 把周期 变 化 的潮 流 概化成 具 有某一 特
征 的 海 流 叠 加 到 波 浪 运 动 方 程 中 去 ， 来 模 拟 波 流 用 运 动结构 在短 时 问内所 发生 的变 化． 于 波浪来 说 ， 对
浅海海底管线波浪作用数值模拟研究
浅海海底管线波浪作用数值模拟研究随着能源需求的不断增长，海底油气资源的开发已成为不可避免的趋势。
其中，海底管线作为输送油气的关键设备，其稳定性和安全性非常重要。
然而，海底管线受到地形、海底流、潮汐、风浪等多种复杂的因素的影响，会发生不同程度的变形和运动。
其中，波浪作用是最主要的影响因素之一。
因此，对于海底管线波浪作用进行数值模拟研究，对于提升海底管线的设计和工程施工具有重要意义。
一、波浪形态和海底管线运动在进行海底管线波浪作用数值模拟前，首先需要了解波浪的形态和海底管线的运动情况。
一般情况下，波浪波形可以用波高、波长、波速等参数来描述。
而海底管线的运动则可以通过其位移、应力等指标来表征。
波浪对海底管线的影响主要表现为三种运动模式：平移、转动和弯曲。
其中平移指的是管线沿水平方向的运动；转动指的是管线绕轴线的旋转运动；弯曲则是指管线在纵向和横向受到应力的作用下产生的形变。
这三种运动模式会相互作用，导致海底管线的变形和应力变化。
二、海底管线波浪作用的数值模拟方法对于海底管线波浪作用的数值模拟研究，主要有两种方法：直接数值模拟和减振器模拟。
直接数值模拟，是捕捉波浪和海底管线的复杂运动过程的数值方法之一。
其基本思路是，通过数学模型计算波浪和管线之间的相互作用，取得波浪场和海底管线的运动情况。
这种方法需要用到较为精确的水动力学模型以及仿真技术，所以计算量比较大。
但相较于实验方法，其具有成本低、可操作性强等优点。
减振器模拟是另一种比较常用的数值模拟方法。
其基本思路是通过建立含有减振器和管线海床模型，计算经过减振器后的结果来发现波浪和管线之间的相互作用。
相比于直接数值模拟，减振器模拟可以更好地仿真现实减缓海底管线波浪作用的表现。
三、海底管线波浪作用数值模拟研究的应用海底管线波浪作用数值模拟研究广泛应用于海洋开发中。
基于该方法的研究成果，不仅可以为海底管线设计、工程施工和维护提供多种可供选择的方案，还可以对海洋工程的安全性进行评估和预测。
船舶浪流场数值模拟研究
船舶浪流场数值模拟研究船舶是人类赖以生存和发展的重要交通工具，其流体动力学特性是造船工业和航海技术研究的重点之一。
其中对于船舶在海面上的波浪和流场问题，一直以来都是困扰人类的难题。
如何减小船舶在海上的阻力、提高船速，以及船舶在海上的稳定性等问题，都需要对其波浪和流场进行深入研究和分析。
数值模拟作为求解流体动力学问题的有效手段之一，近年来得到了广泛的应用。
数值模拟可以精细地描绘船舶在海上的波浪和流场特性，从而为改善船舶水动力性能提供理论基础和技术支持。
1. 浪场数值模拟在海面上，波浪是一种典型的自然现象，其形成和演化涉及到许多因素，如海洋波浪的主要风向、波浪的传播速度、波长、波高等。
为了更好地研究波浪的特性和对船舶的影响，科学家们利用计算机模拟方法，对浪场进行数值模拟。
数值模拟基于计算机辅助的数值方法，通过列出波浪的基本动力学方程，对波浪进行模拟。
包括海水自由面的基本方程、接触线条件和边界条件等。
利用计算机运算，就可以得到海面上各个点的波浪高度、波长、波速等基本参数，甚至预测未来的浪况。
在对浪场进行数值模拟时，需要考虑各种可能的外界因素对模拟结果的影响，如海水温度、海洋风速和气压等。
同时还要考虑不同波浪深度下的波浪传播速度、衍射和折射效应等。
对于船舶来说，必须深入分析和了解波浪的特性，以便在海上航行时正确处理不同的波浪情况，提高船舶的安全性和航行效率。
2. 流场数值模拟除了波浪，船舶在海上还会受到各种流体动力学因素的影响，如水流的速度、方向和湍流等。
为了研究船舶在不同流场条件下的水动力性能，需要进行流场数值模拟。
流场数值模拟的基本原理是求解流体的守恒方程和运动方程，以计算流体的速度、压力和密度等基本参数。
为此，需要建立适当的数学模型和计算模拟算法。
此外，还需考虑各种外界影响因素，如流体物理性质、流体动力学因素和流场中物体的形状和大小等等。
对于船舶的水动力性能研究，流场数值模拟可以精确地计算出船舶在不同速度和流体动力因素下的阻力、浮力和推力等参数。
波浪对潮流影响的数值模拟及其应用
波浪对潮流影响的数值模拟及其应用刘爱珍;王世澎【摘要】文章将水动力因素分为潮流特征周期与波浪特征周期两部分,建立了考虑波浪影响的潮流方程.通过考虑波浪引起的辐射应力、表面和底部边界层.Stokes漂流以及Coriolis波浪应力等因素,利用数值方法分析了波浪对潮流场的影响,并将其应用到渤海区域中,分析渤海内波浪对于潮流的影响.%The hydrorlynamir. factors were divided into two part cycles of characteristics of tidal current and wave characteristics in this paper, and the flow equation was established by considering the wave influence. By considering the wave-induced radiation stress, surface and bollom boundary layer, as well as Coriolis Stokes drift wave stress,the effect of wave on flow field was analyzed by numerical method,which was applied to the analysis of wave effect in the Bohai Sea region.【期刊名称】《水道港口》【年(卷),期】2012(033)003【总页数】7页(P212-218)【关键词】波浪影响;辐射应力;边界层;Stokes漂流;Coriolis波浪应力【作者】刘爱珍;王世澎【作者单位】交通运输部天津水运工程科学研究所水路交通环境保护技术交通行业重点实验室,天津300456;中国石油集团工程技术研究院海洋工程研究所,天津300451【正文语种】中文【中图分类】TV139.2;O242.1Biography：LIU Ai-zhen（1979-），female，engineer.海岸河口地区长期的、主要的水动力因素是波浪和潮流，是其他各种物质输运诸如污染物的对流扩散、泥沙输运等的动力学基础。
潮波运动潮流
1 p g y y
1 p g x x
一、运动方程
u u u u v 2v sin g t x y x x
v v v u v 2 u sin g t x y y y
潮差的变化:河口潮差的沿程变化主要取决于三个因素： (1)河口断面向陆方向收缩； (2)浅滩、及边界反射； (3)底部摩阻。
河道截面积的向陆沿程减小会引起能量的汇聚，使潮差增大， 称之为“喇叭”效应，如
潮波在河口浅滩和边界的反射，可形成驻波，使潮差增大。 摩阻作用使潮波能量损失，潮差按指数规律沿程减小，
第六节 海岸带潮波运动数值模拟
对于天然复杂港湾和海域，无法求得潮波运动方程的解析解。 研究实际海域潮波运动的方法 现场测量 模型试验 数值模拟 有限元法 有限差分法 边界单元法
求解潮波运动数值解的方法
有限差分法把潮波运动控制方程离散化为代数方程组(差分方 程)，从而寻求流场中离散点上的流速和水面高程的近似数值解
Hc u sin t sin kx h
当kx=π/2 时，即x=L/4 时，η=0，这时振幅为零，水平 流速最大，为波节点。因此第一个波节点位于距闭端L/4 的地 方。振幅最大、水平流速为零处是波腹点。由于港池闭端墙面 质点水平流速为零，因而闭端必然在波腹位置上，离闭端 L/2 距离处也为波腹点。
二、变截面渠道中的潮波
在截面变化缓慢的河道中，反射可以忽略，不考虑底部摩 阻，沿程没有能量损失，这时可以用格林定律来计算宽度和 深度变化对潮波的影响。
潮波传播进入收缩型渠道(河口、港湾)，在不考虑反射 和底摩阻时，潮差呈沿程增大趋势。 在一般的变截面渠道中，会发生潮波反射现象，格林定 律不能应用。这时需根据潮波动力学基本方程来求解。
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２ ｈ ＋ ａＣ ｃｏ ｓｈ ｋ（ ） ￣ ａ
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１ 边界 条件 ． ２
考虑 波浪 影响 的 自由表 面边界 条件
响， 主要 着 眼于 波浪和 潮流对 于 泥沙 的输运研 究 ｌ］ ２。
波浪对 潮 流 的影 响 主要 可 以归结 为 以下几个 方 面 ： 首先 是波 浪产 生 的辐 射应 力 ， 是波 浪对 潮 流作 用 的一
个十分重要 的物理量 。 波浪辐射应力又称为剩余动量流 ， Ｌｎｕｔ ｉ ｉ 和 Ｓ ｗ ｒ，提出的概念 ， 是 ｏｇｅ Ｈｇ ｎ — ｇ ｓ ｔ ａ ｅ ｔ Ｅ 在牛顿 流体 力 学定 理 和速度 沿水 深 均匀 分布 的基 础上 ， 波浪 辐射 应 力张 量定 义 为 由于波 浪 现象 产 生 的动 量超 通 将 量。 由于波 浪 的存 在 ， 潮 流作 用一 个 明显 的特征 就是 波 浪表 面 与底 部边 界 层 的存在 。ｏｇｅ Ｈｇｉｓ 在 对 Ｌ ｎｕｔ ｉｇ — ｎＥ
波流共同作用下的底应力需要迭代求解［ 。
１３ 数值 求解 －
‘
本 文采用 等 间距 网格 的差 分 方法求 解 ， 利用 Ａ ＩＡｔｒａｎ ｉ ｃｉ ｌｉ） ， 形 域 中 ， 别 在 Ｄ （ ｌ ｎｔ ｇＤｒ ｔｎＩ ｉｔ￣ 在矩 ｅ ｉ ｅ ｏ ｍｐ ｃ 分 方 向和 Ｙ 向进行求解 ， 问题 转化 为求解 ２个 三对 角矩 阵 ， 体 的离 散方 程不 再叙述 。 方 使 具
刘 爱珍 王 世 澎 ｚ ，
（． １ 交通 运输 部天 津水运 工程 科 学研 究所 水 路交 通环境 保 护技术 交通行 业 重点 实验 室 ， 天津 ３０ ５ ；． ０４ ６２中国石 油集 团工程 技 术研 究院海 洋Ｘ程 研 究所 ， 津 ３０ ５ ） － 天 ０４ １
摘 要： 文章将水动力 因素分为潮流特征周期与波浪特征周期两部分 ， 建立 了考虑波浪影响的潮流方程。
（，）（ ＝ｒ Ｏ Ｖ
Ｔ ｌ ＋ Ｉ／ ＋ ｌｓ ）（ｓｑ ） ｍ ７ － （ Ｔ 丁ｉ￣ ＝７ － ＾ － ｃ Ｉ＋ ｏ ｎ
…）
（） １ ２
２４ １
水
道
港 口
第 ３ 卷第 ３ ３ 期
（３ １）
ｂ
（）［ｗｃｓ（＋ ｗ ＋。 ｓｗ， ｎｐ ］ ＝ ｎｏ（Ｊ ｃ 丁ｃ Ｔｃｒ ｉｃｃ １ 【 ｔ ） ｏ ｓ ｗ
海 岸河 口地 区长 期 的 、 主要 的水动 力 因素是 波 浪和 潮流 ， 其他 各 种物 质输 运 诸 如污染 物 的对 流扩 散 、 是 泥 沙输运 等 的动力 学基 础 。 浪与潮 流 ， 波 无论在 时 间尺度 或空 间尺度 ， 都存 在很 大 的差别 ， 因此 现 阶段 对 于波 流 相互 作用 的研究 ， 主要 采用 ２种 不 同的概化 方法 ： 第一 种方 法是 把周期 变化 的潮 流概 化成 具 有某 一特 征 的
２ 渤海 应 用
渤海 潮 流 场 的计 算 范 围包 括 了 整个 渤 海 （ １。 型 的开边 界定在远 离研究 区域 的 １２ 图 ）模 ２。 经线 上 ， 边界 水位 由南北 ２ 验潮站大连和烟台 个
Ｉ ＝
的调和常数（ ２ｓ 、 １Ｏ ） Ｍ 、 Ｋ 、 １计算后插值得到 ， ２ 计算 网格取为 １００ｍ￣ ０ 总计 算 网格 数 ０ ｌ ０ｍ， ０
Ｏ ＇ Ｘ
（ ） ｙ ） ： ＋ 芸（ ＋ ０ ｏ
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（ ３ ）
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＋
［未］［ ＋ ］ ［警詈） Ａ ） ‰ ＋ ］ ＋Ｍ （ ＋ （
海流 ， 叠加 到 波浪运 动方 程 中去 ， 用来 模 拟波流 运动 结构 在短 时间 内所发生 的变 化 。 于波浪 来说 ， 流 的作 对 海
用 既有 运 动学 影 响又有 动力 学 的影 响 。 运动 学方 面 ， 在 包括 水 深和 海流 对 波浪 频散 关 系 的影 响 。 另外 还 有 由 于顺 流 或逆 流引起 的波 长 的变化 ； 在动 力学方 面 ， 流将 引起 波浪 波高 的变化 ＿ｊ； 一种 方法 则是把 波 浪过 海 】 另 程 概化 为在 潮周期 中具 有平 均 意义 的波浪要 素 ， 叠加 到潮流 运动方 程 中 ， 用来 计算 波 浪对 流 的运动 状态 的影
ｕ＝ｕ ， ＝ ， ＝Ｗ ，ｔ＝１ ≠ ０ Ｗ ｔ 一 ２ ｗ
，
≠Ｏ ｗ ＝ ， ＷＯ
（） ２
将 式 （ ）式 （ ） 入 到 流体 控制 方 程 中 ， １～ ２代 在波 浪周 期 内平均 ， 得 到考 虑 波 浪影 响 的潮 流方 程 ， 可 在 坐
标 下 可 以表示 为
＋
ｘ
ｃ ４ ，
ｃ ５
ＯＶ
一
Ｏ ＋ Ｏ ｔ
ａ Ｏ＋Ｉｆ 一（ （ （ －＋＋ 吉旦 Ｏ ｚ 厂 ｇ： ＼ ） ） （ ）ａ ｐｘ ＋ ） 。 Ｏ ｙ ／
＋
＋
（＋ Ｊ ） ＋
卜 【警 詈） （＋ ］
式中： Ｉ为水平方向的流速；＝ ＋／ ， Ｈ Ｄ ｒ为总水深， ， Ｄ为静水深， 为潮位。 ， 为三维波浪辐射应力。ｉ… ｒ ／ ， Ｌ ｓ Ｘａ
Ｄｃ ｈ Ｄ ０ ｋ Ｄ
ｓ ４
一
． ． ． ． ． 。 ． ． ． ． ． ．
［ ｓ２（Ｄ＋１ｎ 一 ｃ ｈｋ＋ ） ｉ Ｅ 。 ｚ １ ｓ
＋Ｅ （ Ｄ ） ｎ ｈ （ ） ｋ ． ｚ＋ ｓｉ ｋ ｚ Ｄ ＋
。 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 。 ． ． — —
海 区 的潮 流计 算 中也 得到 了较 好 的验证 ［－］ １１。 ０２ － 图 ２ 图 ３分别 为渤海 涨 落急 时刻潮 流场 图 。 、 利 用 已验 证 的数学 模 型 ， 算 渤海 海 域 内 计 ５ｄ的潮 流过 程 ， 在第 ３ｄ开始 ， 加波 浪 的影 添 响， 模拟 ３ｄ考 虑波浪影 响 的潮 流 。 通过对 渤海
） ｘ Ｋ Ｏ Ｏ １ Ｔ Ｍ Ｖ＝ ｓ， （ ｌ（，）
。
Ｕ
，
—
（ ９ ）
（０ １）
在 ｚ ０３ ０处 ＝－－
ｒ ２ ｏ ２２ ｔｋ ＝４ － ｋｃ ｈ ｈ ，ａ ｏ
式中： ｔ ｘ为流 体动 力学 粘性 系数 ，： ／ ， 为运 动学粘 性 系数 。 底 部边 界条 件 ’
１ 数 学 模 型 的建 立
１１ 基本 方 程 ．
收 稿 日期 ：０ １ ０ — ０ 修 回 日期 ：０ ２ Ｏ — ９ ２ １－ ６ ２ ； ２ １ 一 １ １
作者简介 ： 刘爱珍 （９ ９ ）女 ， １ ７一 ， 山东省东营市人 ， 工程师 ， 主要从事海洋动力学研究工作。
Ｂ ｏ ｒ ｐ ｙ ＬＵ Ａ —ｈ ｎ １ ７ － ， ｍ ｌ ，ｎ ｉ ｅ ． ｉｇ ａ ｈ ： Ｉ ｉ ｅ （ ９ ９ ）ｆ ａｅ ｅ ｇｎ ｒ ｚ ｅ ｅ
２１ ０２年 ６月
刘爱 珍 ， 等
波浪 对潮 流影 响 的数 值模 拟及 其应 用
２３ １
从 海域 中的水体 动力 学特 性来 看 ， 流体 物理 量 司视 为 长周期 运 动部分 和短 周期 部分
“ ＋ ｐ Ｐ ｐ Ｍ ，＝ ＋ ＝ （） １
式中 ： 字母 大 写 ， 表示 长 周期 运 动物 理 量 ； 字母 小 写 ， 并且 带 角 标 Ｗ的为 短周 期运 动 物 理量 。 式 （ ） 量取 对 １各 波 周期 平均 后
［ ｓ２（Ｄ一１ ｃ ｈｋ＋ ）１ ０ ｚ
（） ７
Ｄｃ ｓ ｋ ｏ ｈ Ｄ
［ｏｈ ｃ（） ｃｓＤ］ ｓｋ Ｊ ｏｚ ｈ＋ ｋ Ｄ
（） （）Ｅ ｚ＝ ＝
［。ｈｋ ｚＤ） Ｉｓ 。 ｃｓ２ （＋ ＋ ｉ ｃｓ Ｉｎ
（） ８
式 中： “
ｒ
— —
为 Ｓ ｋｓ ｔ ｅ 漂流速度 ， ｏ 其模量为 Ｕ ２ ｘ（ｋ。 ｓ ｃ ｐ ２。 ， 产 ｅ ） ｉ 为柯式波浪应力 ， ｖ 其模量为
考 虑粘性 的非 地转 坐标 系统下 证 明 ： 在波 浪场 水面 和水底 存在 ２ 极薄粘 性边 界层 ， 严重 影 响波 浪下 方水 个 会
体的输运过程 ， 而且无论粘性小到何种程度 ， 都将如此。 上述影响相当于在水表面存在一个虚拟的切应力 ， 而
同时 在水底 存 在一 个稳 定 的流 动 。 界层 理论 和试 验 的一 些工 作 表 明 ， 边 由于 高频 表面 波 的存 在 ， 频流 动 的 低 底 部 边 界 层会 有 明显 的变 化 ＿ｊ对 于 非 线性 波 浪 ， 浪对 于 潮 流 的 影 响 ， 中一 方 面 体 现 为 Ｓｏｅ 漂 流 ， ５。 波 其 ｔｋｓ Ｓｏｅ 漂流 是 由水波 的非 线性 效应 诱生 的一 种平 均 流动 。 Ｓｏｅ 漂 流 与 Ｃｒ ｌ 力 共 同作用 时 ， ｔ ｓ ｋ 当 ｔｋｓ ｏｉｉ ｏｓ 会产 生 附加 的 波浪应 力 ， 是旋 转 系统 中的一个 特殊 的现 象 ，ｏｌ ｄ ］ 过分 析得 出 ， Ｐ ｌｒ 通 ａＥ 当波浪 平 行 于波 峰方 向的速 度
通过考虑波浪引起 的辐射应力 、 表面和底部边 界层 、ｔ ｅ 漂流 以及 Ｃ ｒ ｌ 波浪应力等 因素 ， Ｎ数值 Ｓｏ ｓ ｋ ｏｉ ｉ ｏｓ Ｎ， 方 法分析 了波浪对潮流场的影响， 并将其应用到渤海区域中 ， 分析渤海 内波浪对于潮流的影 响。