隨機(jī)波浪在斜坡地形上的非線性特征參數(shù)化研究.pdf

1、非線性是海洋波浪的重要特征之一，在波浪的傳播變形過(guò)程中起著舉足輕重的作用，是研究水波動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵因素之一。波浪的非線性與破碎、畸形波、低頻波浪等現(xiàn)象密切相關(guān)，是目前水波動(dòng)力學(xué)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。根據(jù)波浪成分間的非線性相互作用程度可以劃分為弱非線性相互作用和強(qiáng)非線性相互作用，弱非線性主要作用于深水和有限水深中的波浪，在弱非線性相互作用的影響下，波浪成分間的能量傳遞很慢，需要百余個(gè)波浪周期才會(huì)有顯著的能量傳遞，但是當(dāng)波浪進(jìn)入淺水區(qū)域后，隨著水

2、深減小，波浪開始表現(xiàn)出非常強(qiáng)烈的非線性特征，這種非線性相互作用可以在幾個(gè)周期內(nèi)就發(fā)生非常可觀的能量傳遞。大量研究表明，非線性相互作用主導(dǎo)了波浪從變形到破碎的整個(gè)過(guò)程，對(duì)淺水泥沙輸運(yùn)等方面都起到不可忽視的作用。因此，開展淺水波浪的的非線性特征研究具有非常重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。參數(shù)化方法不僅能夠從定量角度對(duì)波浪非線性特征的各種影響因素進(jìn)行分析，得到的經(jīng)驗(yàn)公式還可以對(duì)現(xiàn)有的數(shù)學(xué)模型做進(jìn)一步的修正，因此是一種非常有效的研究方法。本論文以

3、物理模型實(shí)驗(yàn)為主，輔以數(shù)值模擬方法對(duì)波浪在淺堤地形上傳播過(guò)程中的非線性特征進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并對(duì)這些非線性特征量進(jìn)行了參數(shù)化討論，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　首先通過(guò)物理模型實(shí)驗(yàn)對(duì)隨機(jī)波浪在不同坡度上的傳播進(jìn)行了研究，應(yīng)用小波二階譜分析了波浪在傳播過(guò)程中的三階非線性耦合特征，并分析了地形坡度對(duì)波浪非線性相互作用的影響;分析了波浪的非線性幾何參數(shù)，例如偏度、不對(duì)稱度以及二階相關(guān)值與當(dāng)?shù)豒rsell數(shù)間的關(guān)系，并采用最小二乘法擬合得到了一

4、組考慮地形坡度影響的描述波浪非線性幾何特征變化的公式。通過(guò)與前人得到的公式進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)新的公式可以更精確的描述波浪在斜坡地形的非線性特征變化。此外，論文還分析了斜坡地形上的極限波浪（臨界破碎波）的幾何特征，發(fā)現(xiàn)水深和波高對(duì)極限波浪的幾何形態(tài)起到非常重要的影響，與深水和有限水深情況下的結(jié)果相比，淺水極限波浪的波陡、偏度和不對(duì)稱度偏大，進(jìn)而基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合了考慮地形坡度影響的極限波浪幾何特征參數(shù)與波高水深比之間的關(guān)系。
　　隨后通過(guò)

5、物理實(shí)驗(yàn)研究了逆流作用下的波浪在淺堤地形傳播過(guò)程中的非線性特征，結(jié)果表明，逆流會(huì)顯著影響波浪非線性特征量的變化趨勢(shì)。在變淺區(qū)域，波浪阻隔程度較輕時(shí)，逆流會(huì)加快波浪非線性特征量的增長(zhǎng)趨勢(shì)，使波浪的波陡、偏度和不對(duì)稱度增長(zhǎng)變快;而隨著水深變淺，逆流流速變大，波浪阻隔增大到一定程度的情況下，逆流會(huì)加快波浪的非線性特征減緩趨勢(shì)，使波浪的非線性特征量減小更快，進(jìn)而給出了逆流中的波浪在不同淺堤地形下的非線性特征參數(shù)變化的經(jīng)驗(yàn)公式。
　　最后采