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波浪与潮波是两类主要的海洋水动力因素。在进行波浪和潮波的计算时一般使用不同的数学模型,不同数学模型中重要参数的确定和各种动力要素间的耦合加大了计算的难度。本文采用由Kirby缓坡方程导出的一阶线性双曲型缓坡方程分别进行波浪和潮波的计算,使利用一种简便的数学模型来计算两类海洋水动力要素的目标得以实现。
由考虑波流相互作用的Kirby缓坡方程推导出用于求解波浪的一阶线性双曲型方程。在特定的条件下,导出的缓坡方程与二维潮波方程形式相同,证明了导出的缓坡方程可用于潮波计算。潮波计算中科氏力和底摩阻是比较重要的因素,尝试在推导出的缓坡方程中分别加入科氏力项和摩阻项,并给出了方程的具体形式。
对导出后的方程采用ADI差分方法进行离散,并用于波浪和潮波的计算和验证。波浪场的计算采用了经典实验地形-Berkhoff椭圆地形,计算结果与实验值吻合较好,表明本文使用的一阶线性双曲型的缓坡方程可以较好地适用于波浪场的计算。为了验证模型对潮波计算的适用性,对苏北实际地形条件下的潮波场进行计算,计算得到的结果相对实测值在误差允许范围内。
在证明了导出的一阶线性双曲型的缓坡方程可用于潮波计算的基础上,利用加入了科氏力项的缓坡方程进行潮波的计算,讨论了实际地形下科氏力的影响。最后将加入摩阻项的缓坡方程用于潮波的计算,对比摩阻项增加前后的计算结果,结果表明考虑了摩阻项的缓坡方程计算结果在局部有所改善,这也间接证明了摩阻对实际复杂地形条件下的潮波计算有一定的影响。