数值方法模拟港区波浪条件：从外海到港内的传播分析

"用数值方法模拟某港区的波浪条件，通过混合型海浪数值模式得到外海波浪要素，然后采用考虑风能输入的波浪折射、绕射模型计算波浪传播变形，最终使用推广的缓坡方程分析港内波浪变形。关键词涉及抛物型方程、缓坡方程、波浪传播变形。" 本文主要探讨了如何利用数值方法模拟某港区的波浪条件，以便为港口工程设计提供科学依据。作者施晓迪和丁军来自河海大学港口海岸与近海工程学院，他们首先利用混合型海浪数值模式来获取外海不同重现期的波浪要素。这种模式将海浪分为风浪和涌浪两部分，分别基于有效波的能量平衡方程和谱分量能量平衡方程进行计算，其中考虑了风能输入、辐射应力张量等因素对波浪生成和传播的影响。 在获得外海波浪要素后，研究者采用了考虑风能输入的波浪折射和绕射数学模型，用于估算波浪从深水区向工程海域传播时的变形情况。这对于设计防波堤和口门至关重要，因为它直接影响到港内波浪的特性。通过这种方法，他们得到了两种设计方案（方案一和方案二）的港内波场图，并对比分析了不同设计方案下的波浪传播和变形效果。 方案一和方案二的主要差异在于航道水深和防波堤长度。方案一航道水深较浅，工程开挖较少，而方案二航道水深较大，防波堤也更长。这些差异将直接影响到波浪的传播和港内的水动力条件。 最后，研究人员运用推广的缓坡方程来计算港内波浪变形，并对计算结果进行了深入分析。缓坡方程是处理波浪在浅水区域变形的重要工具，它可以更准确地预测波浪在进入港内后的变化情况，这对于评估港口设施的安全性和稳定性具有重要意义。 这篇论文详尽介绍了如何运用数值模拟技术来研究港口的波浪环境，特别是对于没有长期实测波浪数据的港区，这样的方法提供了可靠的设计依据。通过对外海和港内波浪条件的模拟，可以更好地理解波浪如何影响港口设施，从而优化工程设计，提高港口的运营效率和安全性。