近岸刚性植被水域波浪传播的数值模拟分析

【摘要】：海岸植被能有效地降低波浪对岸滩的侵蚀作用。波浪在植被水域传播过程中,部分波能将被消耗,波高随之衰减,有效地降低了波浪对岸滩的侵蚀作用；同时,随着波高的衰减,波浪的物质输运能力也随之降低,对近岸水环境的演变有重要影响。然而,随着海岸资源的开发以及海岸工程的修建改变了该区域原有的植被形态及分布,影响到海岸波浪、流等水动力的运动环境,并对近岸物质输运产生重要影响。因此,研究近岸植被影响下波浪的传播变形对分析近岸资源开发对近岸水动力及物质输运、岸滩稳定等有重要理论指导和工程应用价值。本文基于Boussinesq方程的波浪运动模型建立了近岸刚性植被水域波浪传播的数值模型,在对所建模型的可靠性进行验证的基础上,利用该模型模拟分析了植被特征参数以及入射波要素对波浪的传播变形、孤立波的爬坡运动的影响,得出结论如下：(1)波浪在近岸植被水域传播运动过程中,随着植被密度、植被淹没高度的增加,入射波的波能损耗程度、波高衰减程度愈加剧烈。(2)波浪在植被水域传播运动过程中,入射波的波能损耗与植被区域的分段方式密切相关。假设植被总量一定,与单段植被的分布方式相比,分段植被的排列方式能更大幅度地耗损入射波的波能,但随着分段次数的增加,波能损耗程度趋于稳定。(3)波浪在近岸植被水域传播运动过程中,随着入射波波高的增加,入射波的波能损耗程度、波高衰减程度愈加剧烈。(4)在孤立波在爬坡运动过程中,植被的特征参数对孤立波的爬坡、退水过程有着重要影响。分析发现,植被的存在能有效地耗损孤立波的波能,降低孤立波的爬高,使植被区域前的水位产生一定程度的壅高,且孤立波的爬坡时刻会有一定程度的滞后,退水时刻有一定程度的提前；随着植被密度、植被淹没高度的增加,孤立波波能损耗程度愈加剧烈,植被区域前水位的壅高程度会加强,且孤立波爬坡时刻的滞后程度和退水时刻的提前程度会越来越强；此外,斜坡上植被的分布方式对孤立波爬坡过程也有重要影响。