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1、第26卷第3期海洋学研究Vol126No132008年9月JOURNALOFMARINESCIENCESSept.,2008文章编号:10012909X(2008)0320044209应用SWAN模型分析航道对波浪传播的影响赵海涛,张亦飞,郝春玲,徐伟(国家海洋局第二海洋研究所,杭州国海海洋工程勘测设计研究院,浙江杭州310012)摘要:应用SWAN模型,采用多向不规则波计算了秦皇岛港航道改造工程前后4个具有代表性波向的波浪场,分析了航道对工程区4个不同方向波浪传播的影响并得到了航道沿程的波高分布。改造后的秦皇岛港航道呈折线型,长为2414km,相应的计算区域较大,使Boussinesq模型因
2、网格过多而难以进行计算,而缓坡方程模型在处理多向不规则波时计算过于繁琐,SWAN模型在大区域、多向不规则波情况下能够较好地解决计算问题。运用该模型计算的结果表明,秦皇岛港航道改造工程后距航道较近区域的波态发生明显的变化,但工程海区的波浪整体传播规律没有发生大的改变。关键词:SWAN模型;航道;多向不规则波中图分类号:TB115文献标识码:A0引言1近岸波浪第三代数值模型———SWAN[7]简介随着港口向大型化发展,航道水深与滩地水深之比加大,航道对波浪传播的影响问题受到了越来越多由荷兰Delft科技大学研发的SWAN模型为近的关注,有关的科技工作者对此也进行了较为深入的岸波浪第三代数值模型。该
3、模型采用多向不规则波研究,他们大多采用基于数学模型的研究方法,例如计算近岸波浪,计算时考虑到由于地形和海流的空间基于抛物线型缓坡方程的研究[1—3],基于Boussinesq变化而导致的波浪折射、障碍物的阻挡以及波浪的成[4—5][6]长和衰减过程(风成浪、白浪耗散、底摩擦、水深引起方程的研究。孙精石等则运用数学模型的波浪破碎、三波及四波相互作用)。在国内该模型(Boussinesq方程)和物理模型相结合的方法对此问[8]也已成功应用于近岸水域的波浪计算。题进行了较为系统的研究。1.1控制方程秦皇岛港平面布置见图1,该港口由于发展的要SWAN模型以二维动谱密度N(σ,θ)来描述波求,需要将原有
4、航道挖深、拓宽和延长,按方案一改造浪传播过程,N(σ,θ)=E(σ,θ)/σ,其中E(σ,θ)为能谱后的航道将长达2414km,这可能会对工程区波浪传密度,σ为相对频率θ,为波向。播造成一定的影响,需对这种影响进行预测。由于工在笛卡尔坐标系下,波谱的演化由方程(1)描述:程区域较大,应用Boussinesq模型因网格过多难以进99999Stotal行计算,而缓坡方程模型处理多向不规则波计算过于9tN+9xcxN+9ycyN+9σcσN+9θcθN=σ(1)繁琐。因此,本文采用SWAN模型计算了航道改造式中:cx、cy、cσ、cθ分别表示在x、y、σ、θ空间的波浪传前后工程区的波浪场,分析了航道
5、对波浪传播的影响播速度。Stotal为源项,包括风能输入、白浪耗散、波浪并得到了航道沿程的波高分布。破碎、底摩擦、非线形波波相互作用等能量转化过程。收稿日期:2006202228作者简介:赵海涛(1977—),男,河北乐亭县人,工程师,主要从事海洋工程规划设计研究工作。©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net赵海涛等:应用SWAN模型分析航道对波浪传播的影响·45·1.2源项的处理由Komen等提出。11211风能输入11212波能耗散在SWAN模型
6、中,风能向波浪的转移是通过白浪耗散根据Hasselmann提出的脉冲模型来Phillips提出的共振机理和Miles提出的反馈机理来处理:描述的,共振和反馈机理可表示成线性增长项与指数～kSds,w(σ,θ)=-Γσ=～E(σ,θ)(3)增长项之和:k～～Sin(σ,θ)=A+B·E(σ,θ)(2)式中:Γ为依赖于总波陡的系数;σ和k为平均角频式中:A为线性增长项,由Cavaleri和Malanotte2率和平均波数,k为各成分波的波数。Rizzoli提出;B·E(σ,θ)为指数增长项,B的表达式图1计算地形及航道沿程计算点布置示意图“(★”为秦皇岛海洋站测波点位置)Fig11Bathymet
7、ryoftheprojectareaandthecomputedpointalongthechannel“(★”isthepositionofQinhuangdaooceanstation)©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net·46·海洋学研究26卷
