近岸水域非线性的波浪与潮流完全相互作用的数值模拟

应用重力表面波的原理和方法，基于变形的Boussinesq型方程，推导出考虑底摩阻能量耗散项和水位变化的、非线性的波浪与潮流相互作用的理论模型；建立曲线坐标系下的数值模型，以适应近岸水域复杂变化的边界。将波流理论模型分解为波对流作用的模型和流对波作用的模型，以对波流相互作用进行理论分析。实现波流共存时的数值模拟，重点研究高潮、低潮和平潮三个时段的潮流与波浪的相互作用；将波流共存时的流速和水位劈分为对水流的影响和对波动场的影响，研究经相互作用后波流之间运动学及动力学物理量的交换。对不同组合的水流和波浪共存情况进行物理模型实验，对实验结果进行分析。利用模型实验结果和现场观测资料，验证数值模型。通过该项研究，可望对非线性的波流完全相互作用得到比较深刻的规律性认识；利用本项目所编制的计算软件，为河口海岸带的开发和利用服务。

推导了完全非线性、能考虑波流相互作用的Boussinesq型方程；基于两种型式的Boussinesq型方程，分别建立了直角坐标系和曲线坐标系下的数值模型；探讨了强非线性模型和弱非线性模型之间的差别。数值模型能有效地模拟复杂边界条件下或水流中波浪（包括双频波）的传播；通过和理论解的比较说明模型可有效地模拟长波（水流）和短波、短波和短波的相互作用。在建立数值模型时，反射波对入射边界的影响不可忽略，否则会导致程序的不稳定。项目负责人通过消去入射边界上反射波的影响，较好地解决了这一问题。在本项目的资助下，完善并详细验证了改进入射边界条件法。在水深变化或水深定常的地形上进行了波波/波流相互作用的40余组次物理模型试验。鉴于有效的海浪模式可以为本项研究提供恰当的输入边界条件，项目组对第三代海浪模式的应用特点进行了深入研究。对流体力学基本控制方程的数值求解方法进行研究，是本项目工作内容的一个重要组成部分。基于Euler方程，结合密度连续分层的海洋中内波传播的数值模拟改进了SIMPLE算法。在本项目的部分资助下，研究了月池中流体的活塞和晃荡运动问题。资助了2名博士研究生、11名硕士研究生的学习和论文研究工作。参加了1次国内学术交流会议和1次国际学术交流会议。在该项基金的部分资助下，负责人对英国的University College London进行了为期六个月的学术访问。发表和录用了12篇学术论文，其中4篇为SCI检索论文、6篇为EI检索论文。关于物理模型试验值与数值解的比较与相互验证以及其它相关研究工作的成果，正在整理之中，研究成果将陆续发表。