大糙率珊瑚礁附近规则波非线性特征实验研究

发布时间：2022-01-08 03:13

　　通过波浪水槽实验对大糙率礁面存在下珊瑚礁海岸附近规则波非线性特征参数（偏度、不对称度和厄塞尔数）的变化规律进行了研究。实验采用圆柱体阵列来模拟礁面的粗糙度,测试了一系列规则波工况。结果表明:偏度、不对称度和厄塞尔数的幅值分别在珊瑚礁破碎带结束位置、破碎带内和破碎带开始位置达到最大。3个参数的幅值均随着入射波波高的增大而增大;偏度值随着波浪周期的增大而减小,不对称度幅值和厄塞尔数随着周期的增大而增大;偏度值随着礁坪水深的增大而增大,不对称度幅值和厄塞尔数随着礁坪水深的增大而减小。深水厄塞尔数可以用来描述礁坪上波浪非线性参数的变化,最后给出了用其预测礁坪上3个非线性特征参数的经验关系式。 

【文章来源】：海洋学研究. 2020,38(02)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

实验布置(a),概化的粗糙礁面(b),圆柱体糙率单元阵列(c)以及糙率单元的排列方式(d)

图2展示了典型工况H0=0.08 m,T=1.5 s和hr=0.05 m时,规则波在外海(G1)、礁前斜坡(G5)、礁缘(G7)、礁坪前部(G10)、礁坪中部(G14)和礁坪末端(G18)各位置处波面的时间序列。G1位置处,主要表现为波峰较窄、波谷较宽的 Stokes 波,因为此处水深(0.4 m)对于该波浪而言为过渡水深(水深/波长比为0.13,介于浅水波0.05和深水波0.5之间);当波浪传播至G5时,由于礁前斜坡的浅化作用使波峰变陡、变窄和变倾斜;波浪在G7礁缘处已经发生破碎,表现为明显的锯齿状,具有典型的破碎波特征;G10位于礁坪上的破碎带内,此时波浪已经衰减明显;G14位置处波浪破碎已经结束,礁坪上重新生成透射波并且波面出现次峰值,这是由波浪与珊瑚礁地形相互作用产生了高频波成分形成[10-11];G18位置的波面形状与G14位置无明显差异,但由于糙率礁面的摩擦损耗,波幅进一步减小,趋近于0。2.2 波浪的偏度、不对称度和厄塞尔数的沿礁变化

图3展示了不同入射波高(H0)、周期(T)和礁坪水深(hr)影响下规则波与粗糙礁面作用时S值的沿礁变化。总体而言,波浪在外海传播阶段(X<-2.1 m),S的值接近于0,因为在该阶段的传播过程中波浪形态较为稳定;随着波浪在礁前斜坡处的浅化作用,波峰变尖,波谷变坦(图2),S值逐渐增大;当波浪在礁缘(X=0 m)附近发生破碎时,S值持续增大,直到波浪破碎带结束位置X=2 m附近达到峰值;波浪继续在礁坪上传播时,由于重新生成了浅水透射波,波面重新稳定,S值逐渐减小接近于零。同时礁坪上的S值也存在明显的振荡现象,主要是由于受到波浪浅化作用产生的自由高阶波的影响[7]。对比不同H0、T和hr的影响发现,破碎带内S值随着H0的增大而增大(图3a)、随着T的增大而减小(图3b)、随着hr的增大而增大(图3c)。对比LOWE et al[7]研究中的光滑礁面在相同礁坪水深(hr=0.10 m)时的类似波高和周期的工况发现:S值沿礁坪的整体变化趋势一致,但是振荡幅度显著减小。2.2.2 不对称度

【参考文献】：
期刊论文
[1]珊瑚礁海岸水动力学问题研究综述[J]. 姚宇.  水科学进展. 2019(01)
[2]波浪在珊瑚岸礁礁坪上传播变形的数值研究[J]. 陈洪洲,毕春伟,高俊亮.  水科学进展. 2018(02)
[3]珊瑚礁破碎带附近波浪演化和波生流实验研究[J]. 姚宇,唐政江,杜睿超,蒋昌波.  海洋科学. 2017(02)
[4]岸礁礁冠对波浪传播变形及增水影响的实验研究[J]. 姚宇,袁万成,杜睿超,蒋昌波.  热带海洋学报. 2015(06)



本文编号：3575786