[发明专利]基于动态概化的斜坡式潜堤波浪水动力影响数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于动态概化的斜坡式潜堤波浪水动力影响数值模拟方法，根据斜坡式潜堤在不同水深条件下糙率不同的特点，在波浪水动力数值模型中在不同的水深时，通过拟合斜坡式潜堤的糙率离散值得到相应值，将斜坡式潜堤对波浪传播影响动态概化为糙率作用，弥补了传统波浪模型中通过改变水深模拟潜堤影响、糙率保持为常数的明显不足，减少了计算网格变形率，实现了斜坡式潜堤的动态模拟过程，提高了计算速度、稳定性，更加准确地评估斜坡式潜堤对周围海域的波浪传播影响，对斜坡式潜堤的设计和环境影响评估具有重要意义。

技术领域

本发明属于近海波浪模拟技术领域，具体涉及一种基于动态概化的斜坡式潜堤波浪水动力影响数值模拟方法。

背景技术

在河口或近海区域，修建潜堤是常用的海岸治理手段，用于减弱沿岸潮流、波浪水动力作用和改变海域泥沙输移过程。在修建潜堤前，常采用波浪水动力模型模拟潜堤工程修建后的波浪场水动力情况，评估拟建潜堤对周围海域波浪传播的影响。

然而，目前对于海域中潜堤工程的波浪水动力影响主要是通过修改拟建潜堤处水深来表现潜堤工程的影响，且通常将潜堤修建处的糙率设置为常数进行简化计算。但在实际情况中，当潜堤工程采用不同的建筑材料和修建坡度，处于不同水深条件下，潜堤工程对波浪传播的影响程度是不同的。因此，这种静态的潜堤概化模拟方法是一种不精确的近似方法，不符合潜堤工程对周围波浪传播影响的实际情况。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术只修改潜堤处水深、将糙率设置为常数这种静态潜堤概化模拟方法不精确的技术问题，而提供一种基于动态概化的斜坡式潜堤波浪水动力影响数值模拟方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案实现：

一种基于动态概化的斜坡式潜堤波浪水动力影响数值模拟方法，包括以下步骤：

步骤(1)选择要计划布置斜坡式潜堤的目标海域，并获取对应海域的海图资料；

步骤(2)根据海图资料确定目标海域的陆地边界，结合海图资料和实测水深地形数据，建立目标海域的水深地形数据离散点；

步骤(3)利用非结构网格对步骤(2)所述目标海域计算区域进行空间离散，对于计划布置斜坡式潜堤的区域加密网格，选择模拟计算波浪近海传播的波浪水动力数值模型；

步骤(4)在步骤(3)获得的非结构网格上，对步骤(2)获得的地形数据离散点进行插值，用于模型计算；

步骤(5)收集目标海域的风速资料，利用风速资料按照相关规范方法，推求目标海域边界的深水波要素，作为步骤(4)中的非结构网格的边界条件，设定模型初始参数；

步骤(6)结合斜坡式潜堤的建筑材料和坡度，在潜堤的计划布置位置，拟建斜坡式潜堤，引入和水深相关联的随时间变化的糙率值，在此基础上进行数值模拟计算；

步骤(7)利用建立的波浪水动力数值模型对目标海域展开数值计算，得到目标海域站点的有效波高和平均周期统计值，与实测资料进行比对、验证；若模拟结果和实测资料的误差不满足要求，调整模型参数，重复步骤(5)和(6)直到模型验证误差满足要求。

优选地，步骤(3)中所述模型为谱波浪模型，可以模拟波浪在近岸、海岸地区的成长、衰减和变形。

优选地，步骤(5)中模型初始参数包括糙率、计算时间步长和波浪破碎系数。

优选地，步骤(5)中所述深水波要素包括平均波高、有效波高和平均周期。

具体地，根据斜坡式潜堤在水深较小时对波浪传播过程影响较大、水深较大时对波浪传播过程影响较小的特点，在斜坡式潜堤计划布置位置处的水底糙率根据提供的水深-糙率对应离散值插值获得，模拟计算的方法为：