基于Boussinesq方程的植被水域波浪及波生流模拟研究

发布时间：2020-04-03 21:54

【摘要】：波浪、水流直接冲击岸滩,长期作用会造成岸滩侵蚀甚至严重影响沿岸人民的生产生活。波浪在近岸植被水域中,由于植被的耗散效应,波高衰减,波能减少,可以减小破浪破碎时冲击岸滩的作用力;同时,波浪破碎,形成近岸流循环,植被会一定程度上减小离岸流强度,起到积淤护岸的效果。因此,植被作为近岸环境的重要组成部分,对其研究具有重要的现实意义。基于强非线性Boussinesq方程的波浪模型,考虑植被的耗散效应,建立了本文植被区域波浪变形的数值模型。经过对平底地形、斜坡地形植被区域波浪传播的模拟,验证模型对不同地形的适应性;经过对分片植被区域波浪传播的模拟,验证模型对不连续植被的适用性。在对所建模型的可靠性进行验证的基础上,利用该模型模拟分析了波高影响要素,并而模拟讨论了且沼泽地形植被区波浪破碎及波生流和部分岸坡植被影响下椭圆余弦波的爬坡,得出结论如下:(1)随着入射波波高的增加,波高衰减也越大。可是当入射波波高小于一定值时,波浪的波高分布趋于平坦,衰减效应不再明显。(2)小周期波浪在植被区传播中的波能损失随着波浪周期的增加而增大;但当波浪周期增大到一定程度时,波高衰减反而随着入射波浪周期的增大而减小。(3)对水深对波浪传播影响进行了一系列的模拟,结果表明:周期不变,水深变大,波长变大,植被对波长较长波浪的耗散作用明显较较短的波浪稍差。随着相对淹没度的减小,衰减后相对波高值呈负指数型减小。(4)整块植被的消浪效果最佳,但对于同样植被数量的分片植被而言,消浪效果接近整块植被,而且影响范围较广。分片植被模型中后面两侧的植被斑块,会在一定程度上加大植被对波浪的衰减效应。(5)浅滩植被会加大波浪能量的耗散,同时阻碍通过浅滩顶部的波生流。浅滩-通道的相互作用影响波浪传播和流循环。波浪爬坡,随着水深变浅,波高逐渐变大,波高达到临界点破碎,植被区波高明显比无植被区衰减得更快。同时,植被区域波相速度和波长较小,局部产生比较明显的折射效应。波高衰减不一致,植被区域波高衰减较大,引起不均匀的增减水。植被位于破碎区时,岸线附近的波浪增水显著减小。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U656.3;TV139.2

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本文编号：2613751