基于现场实测数据的近岸次重力波的特征和估计研究

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次重力波自从被观察到以来已经被证明对多种近岸过程有重要影响,典型的过程如沉积物的输运方向、过高的波浪爬升、沙丘侵蚀和过度冲刷,包括近年来备受关注的港湾共振,因此,了解次重力波在近岸的特征以及对其进行准确预测具有重要的学术和工程意义。本文基于斯里兰卡南部海域近岸现场实测数据以及XBeach-Surfbeat(XB-SB,以下)数值模型,对近岸次重力波的特征进行了研究,并对现有近岸次重力波的经验估计公式进行了评估与整合,给出了一种改进形式的近岸次重力波经验估计方法,同时也对XB-SB模型在模拟港口内次重力波时的性能进行了评估。研究的目的是对次重力波在近岸的活动特征有进一步的了解,同时为使用经验公式对近岸次重力波进行估计,以及使用XB-SB模型进行次重力波模拟提供指导与参考。在此基础上,本文主要做了以下研究:(1)波群分解模型XB-SB目前已经广泛应用于近岸的次重力波模拟研究中,然而尚未有学者研究过其在模拟真实港口内次重力波时的表现。本研究通过与斯里兰卡汉班托塔港的现场实测数据对比,评估了XB-SB在模拟港口口门附近和港内次重力波时的性能,以及在捕捉港口固有周期时的表现。研究结果表明,对于像汉班托塔港这样遮掩良好的港口,XB-SB可以准确预测其口门附近短波和次重力波的波高,然而由于XB-SB没有考虑短波的绕射和反射,港口内的短波高度被大大低估了,同时港口内的次重力波波高被高估,而汉班托塔港的本征周期能够被模型很好地识别。(2)基于现场实测数据与XB-SB模型对斯里兰卡南部近岸海域的次重力波特征进行了研究。研究结果表明,斯里兰卡南部近岸海域的次重力波波高与当地的短波波高之间有很强的相关性,但与短波谱峰周期之间的相关性并不明显;对于近岸海域沿岸方向,次重力波波高分布整体差距不大,但由于港口附近水域水深较大,相较于两侧岸线来说港口口门附近水域次重波波高有明显的减小;在向岸方向,次重力波波高在水深较大的海域增长平缓,到近岸处随着水深的减小,次重力波波高有明显的增大,主要的次重力波波能集中在近岸约3km的范围内,这一特征在港口口门剖面处表现的不明显。(3)对现有近岸次重力波经验公式进行了整理归类,并利用斯里兰卡南岸现场实测数据对代表性的经验公式适用性进行了评估。研究结果表明,各经验公式在口门G2测点处均表现良好,但在近岸G1测点处的表现显示出较大的差异性,总的来说表现最好的是Jung和UKHC的经验公式;在此基础上提出一种改进形式的近岸次重力波估计方法,考虑的参数更加全面且形式简单易于使用,并给出了各经验系数的参考取值范围。
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