近岸波浪数值计算中两种动边界处理的比较.pdf

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1、＿＿９４海洋开发与管理２０１６年＿第９期近岸波浪数值计算中两种动边界处理的比较汪鸿１，李训强１，朱首贤２，唐建３，聂屿１（１．解放军理工大学气象海洋学院＿南京＿２１１１０１；２．河海大学海洋学院＿南京＿２１００９８；３．海军南海舰队＿湛江＿５２４０００）摘要：在近岸波浪数值计算中，动边界处理是不可避免的问题。文章基于Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程的ＦＵＮ-ＷＡＶＥ-ＴＶＤ模式，引入窄缝法对波浪水槽实验进行数值模拟，比较窄缝法和干湿网格法的波浪数值计算结果；设计多种周期和波高的波浪数值试验，分析两种动边界处理下数值计算结果的差异。结果表明，两种动边界处理对近

2、岸波浪破碎的数值模拟有影响，对波浪漫滩区的计算影响尤为显著。关键词：动边界处理；波浪破碎；波浪漫滩；海洋动力学；数值模拟中图分类号：Ｐ７３１＿＿＿＿文献标志码：Ａ＿＿＿＿文章编号：１００５－９８５７（２０１６）０９－００９４－０５ComparisonofTwoMovingShorelineHandlingMethodResultsinnear-ShoreWaveCalculation１，ＬＩＸｕｎｑｉａｎｇ１，ＺＨＵＳｈｏｕｘｉａｎ２，ＴＡＮＧＪｉａｎ３，ＮＩＥＹｕ１ＷＡＮＧＨｏｎｇ（１．ＰＬＡＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏ

3、ｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１０１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆｍａｒｉｎｅ，ＨｏｈａｉＵｎｉ-ｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９８，Ｃｈｉｎａ；３．ＮａｖａｌＮａｎｈａｉｆｌｅｅｔｓｏｆＰＬＡ，Ｚｈａｎｊｉａｎｇ５２４０００，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｍｏｖｉｎｇｓｈｏｒｅｌｉｎｅｉｓａｎｉｎｅｖｉｔａｂｌｅｉｓｓｕｅｉｎｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｎｅａｒｉｎｇｔｈｅｓｕｒｆｚｏｎｅ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｌａｉｄｓｌｏｔｍｅｔｈｏｄｔｏｔｈｅｆｕｌｌｙｎｏｎｌｉｎｅａｒＢｏｕｓｓｉｎｅｓｑｍｏｄｅｌＦＵＮＷＡＶＥ-

4、ＴＶＤｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｆｌｕｍｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅｎｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｏｆｓｌｏｔａｎｄｗｅｔ-ｄｒｙｍｅｔｈｏｄ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｓｅｒｉｅｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｔｗｏｓｈｏｒｅｌｉｎｅｈａｎｄｌｉｎｇｍｅｔｈ-ｏｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｍｏｖｉｎｇｓｈｏｒｅｌｉｎｅｏｎｗａｖｅｓｈｏａｌｉｎｇａｎｄｂｒｅａｋｉｎｇｃａｌｃｕ-ｌａｔｉｏｎｉｓｏｂｖｉｏｕｓｃｌｏｓｅ

5、，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｗａｓｈｚｏｎｅ．Keywords：Ｍｏｖｉｎｇ-ｓｈｏｒｅｌｉｎｅ，Ｗａｖｅｂｒｅａｋｉｎｇ，Ｓｗａｓｈ，Ｏｃｅａｎｄｙｎａｍｉｃｓ，Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ继续传播时，水陆分界线随波峰向岸推进、随波谷１＿引言向海回退，在一个波动周期中滩地出现被海水淹没波浪在由深水向浅水传播过程中，由于水深变［３］和露出水面的过程，称为波浪漫滩。波浪漫滩的小，波陡不断增大至极限，导致波浪发生倒卷和坍上界为波浪向岸爬高的最高位置，下界为波浪向海［１－２］塌的现象，称为波浪破碎。波浪在破碎后向岸

6、收稿日期：２０１６-０４-１１；修订日期：２０１６-０７-２５基金项目：国家自然科学基金（４１２０６１６３，４１３７６０１２，４１０７６０４８）；中央高校基本科研业务费项目（２０１１Ｂ０５７１４，２０１４Ｂ０６５１４）．作者简介：汪鸿，硕士研究生，研究方向为海洋动力学与数值模拟，电子信箱：ｗａｎｇｈｏｎｇ＿９２＠１２６．ｃｏｍ通信作者：李训强，副教授，硕士，研究方向为海洋动力学与数值模拟，电子信箱：ｌｉｘｕｎｑａｉｎｇ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ第９期汪鸿，等：近岸波浪数值计算中两种动边界处理的比较＿９５回退的最低位置，上界和下界之间的区域称为波浪差异进行研究

7、很有意义但比较少见，本文采用漫滩区。随着科学技术的发展，人类对海洋资源的Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程的ＦＵＮＷＡＶＥ-ＴＶＤ模式，分别引［４－５］开发与利用显著增加，近岸海洋工程的建造与入窄缝法和干湿网格法，对近岸波浪数值计算结果［６］维护以及人员近岸活动需求也日益增多，近岸海进行比较和分析。洋活动和工程建筑的安全保障成为较为突出的问２＿近岸波浪数值计算的动边界处理题。近年的很多研究表明，波浪破碎是近岸区域波ＦＵＮＷＡＶＥ-ＴＶＤ模式是美国Ｄｅｌａｗａｒｅ大学浪运动最为剧烈的物理过程，其对波浪预警预报以基于完全非线性Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程建立的，该模式

8、处及近岸岛礁的船只航行、工程建设和资源补给具有理动边界过程采用的是干湿网格法，对近岸附近的［７－８］重要的安