福建南日群岛海域波浪数值模拟研究.pdf

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1、第3O卷第5期海洋预报Vo1．30，NO．52013年l0月MAR【NEFORECASTSOct．2013DOI：10．11737~．issn．1003—0239．2013．05．004福建南日群岛海域波浪数值模拟研究王卫远，何倩倩，周鹏飞，杨娟(中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，杭州310014)摘要：南日群岛海域岛礁众多，海底地形复杂，波浪传播机制复杂。为了了解该海域的波浪分布特征，采用MIKE21SW模块建立了南日岛群岛海域波浪数值模型，利用实测波浪资料对模型进行了验证。根据“莆田试验站公式”，利用50年一遇设计风速推算外海深水波要素

2、，然后对南日群岛海域50年一遇的设计波浪进行了模拟，并对该海域的波浪传播特征进行了分析。结果表明，南日群岛内波高较之外海，明显减小，众多的岛礁起到了很好的遮挡保护作用。关键词：南日群岛海域；50年一遇；波浪；MIKE21SW；数值模型中图分类号：P731．22文献标志码：A文章编号：1003—0239(2013)05—0026—051引言2波浪数值模型兴化湾位于福建省沿海中段，海湾总面积2．1基本原理619．4km2，其中水域面积369．22km，海湾平均海图MIKE21SW模块基于波作用守恒方程，采用动水深约10m。南Et群岛地处兴化湾口，

3、西、北侧分谱密度N(cr，01来描述波浪。模型的自变量为相别有南日水道和兴化水道。南日群岛海域除主岛对频率和波向。动谱密度Ⅳ(，0)与能谱密度南日岛外，还有小日岛、鸟屿、东罗盘岛、西罗盘岛、Ef，)的关系为：赤山岛、大鳌屿、尾墩屿、鸡母屿、大麦屿、小麦屿、东沙屿和东月屿等岛礁分布，海底地形复杂。由于N(o-，0)=E(，)／(1)外海传人的波浪受到岛礁的遮挡，导致南日群岛内在笛卡尔坐标系下，MIKE21SW的控制方程，的波高迅速减小，对南日群岛内的海工建筑物起到即波作用守恒方程可以表示为：良好的保护作用。ON+cN+cN+cN+随着海上风电等

4、工作的逐步推进，未来南日群-~-coN=S(2)岛海域将建设很多涉海工程。该海域海底地形复杂，波浪在由外海向近岸的传播过程中，由于受水式中，第1项为Ⅳ随时间的变化率；第2项和第3项表示Ⅳ在，Y方向上的传播；第4项为由于流深、地形、底摩擦、障碍物以及水流等因素的影响，会发生浅水变形、折射、绕射、反射和破碎等各种复场和水深所引起的Ⅳ在相对频率空间的变化；第杂现象。以前的研究成果主要针对兴化湾内波浪、5项为Ⅳ在谱分布方向0空间的传播；S为以能谱潮流、泥沙等的研究，很少有针对南Et群岛海域波密度表示的源汇项，包括风能的输人、非线性波波浪的研究[1-6

5、]。本文通过运用波浪数值模型模拟波相互作用和由于底摩擦、白浪、破碎引起的能量损浪的传播过程，进而了解该海域的波浪分布特征，耗；c、c、c和C。分别表示在、y、和0空间对于涉海工程的兴建具有重要意义。的波浪传播速度，其表达式分别为：收稿日期：2012一l1—26作者简介：王卫远(1985一)，男，工程师，主要从事海岸工程研究，E-mail：wangweiyuan008@126．com海洋预报3O卷··Hs：实测值／m——Hs：计算值／m⋯⋯⋯风速／(m／s1图2有效波高率定图··Hmax：实测值／m——Hmax：计算ft／(m／s)图3最大波高

6、率定图8．O6．0'r·一一_-!●!··◆·J’’——一●、：，'’’’—’—’一’-～一_---’●’●●●●●_i暑J-：4．O2．O0O12001200l2时间20l1一O6—282Ol1一O6—2920l1—06—30··Ta：实测值／sec——Ta：计算fi~／sec图4平均周期率定图极端高潮位(50年一遇，平均海平面基准，下同)；给同，因此，可以认为本模型计算结果合理可信。定50年一遇的设计风速；其余参数同验证模型时所45O年一遇重现期下南日群岛海采用的参数。域波浪场特征3模型验证4．1设计风速距离南日群岛约36km东北方向的平

7、潭海洋站利用实测波浪资料对模型计算得到的有效波高(Hs)、最大波高(Hmax)和平均周期(Ta)进行率面向外海，具有长系列实测风速资料，可以将其成定，验证结果见图2—4。果作为本模型计算风场。利用平潭海洋站1980__由图2_4可以看出，平均周期(Ta)计算值和实2003年共24年各年最大风速值采用P—m型曲线适测值吻合良好，波高(Hs和Hmax)计算值与实测值线，计算得出ENE、E、ESE、SE及SSE这5个方向的之间存在一定的差别，但波级及整体变化趋势相50年一遇设计风速，成果见表1。海洋预报30卷左右，平均周期的均值在6．7s左右。参考

8、文献：[11]李燕初，蔡文理．波浪变形的数学模型[J]．台湾海峡，1999，185结语(2)：154．158．[2]刘涛，陈汉宝，刘海源．福建兴化湾波浪条件数值模拟