[发明专利]一种非结构化网格嵌套波浪数值模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非结构化网格嵌套波浪数值模拟方法，属于波浪场数值模拟和预报技术领域。 

背景技术

近年来，随着我国港口航道工程、人工岛、人造沙滩、围垦、风电等海岸工程的建设，对工程海域波浪的数值模拟和预测提出了更高的要求。建立非结构化网格河口、海岸及近海工程海域波浪数学模型，准确预报工程海域波浪要素，对于优化工程设计方案、节省工程投资、提高工程安全性，具有重要的实际意义。 

为了更加准确地模拟河口、海岸和近海水域的波浪传播过程，常常采用网格嵌套的方法，建立大、小范围的波浪数学模型。目前，国内外常用的是结构化网格的嵌套技术，但是由于这些水域地形非常复杂、岸线曲折多变，同时又受众多工程的影响，未能比较精确地模拟波浪的传播。 

随着波浪数值模拟技术的发展，相对于结构化网格而言，非结构化网格具有更多的优点，得到了大量应用，至今，国内外应用非结构化网格模拟技术虽然取得了不少成功的案例，但是由于河口、海岸和近海水域波浪模拟的复杂性和更高的精度要求，模拟结果有待进一步提高。 

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种非结构化网格嵌套波浪数值模拟方法，建立考虑潮位变化影响的大、小区域嵌套波浪数学模型，以期进行准确地预测复杂地形、曲折边界和工程影响的波浪传播过程。 

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案： 

一种非结构化网格嵌套波浪数值模拟方法，其特征是，包括如下步骤： 

1)建立大区域的非结构化网格波浪数学模型，其控制方程为： 

∂∂tN+∂∂xCxN+∂∂yCyN+∂∂σCσN+∂∂θCθN=Sσ---(1)]]>

上式左边第一项为波作用量N随时间的变化率，N＝N(σ,θ)＝E(σ,θ)/σ，E(σ,θ)为能谱密度，σ为波浪频率，θ为波浪方向； 

上式左边第二项和第三项分别表示N(σ,θ)在空间x、y方向上的传播； 

上式左边第四项表示N(σ,θ)在σ空间因为流场和水深所引起的变化； 

上式左边第五项表示N(σ,θ)在θ空间的传播，亦即水深及流场所引起的折射； 

方程右边的S代表以谱密度表示的源汇项，包括风能输入、波与波之间非线性相互作用和由于底摩擦、白浪、深度诱导破碎所引起的能量损耗； 

所述C_x、C_y、C_σ、C_θ分别代表在x、y、σ、θ空间的波浪传播速度；其中，C_x、C_y、C_σ、C_θ分别为：