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基于激波捕捉类Boussinesq模型对岛礁地形上波浪传播的数值模拟
基于激波捕捉类Boussinesq模型对岛礁地形上波浪传播的数值模拟
摘要：本文基于激波捕捉类Boussinesq模型，对岛礁地形上波浪传播进行了数值模拟。该模型能够较准确地预测波浪在岛礁地形上的传播过程，并给出了相应的数值解。通过数值模拟，本文研究了地形高度、波浪入射角和波浪频率对波浪传播的影响，并与实验结果进行了对比，结果表明模型的预测符合实际情况，适用于波浪在岛礁地形上的传播研究。
关键词：激波捕捉类Boussinesq模型；波浪传播；岛礁地形；数值模拟
1.引言
岛礁地形是世界上许多海岸带的特有地貌，其存在会对波浪传播产生显著影响。因此，研究波浪在岛礁地形上的传播过程对于沿岸工程、海洋生态等领域具有重要意义。
近年来，随着计算机技术的不断发展，数值模拟成为了研究波浪传播的重要手段之一。其中，基于激波捕捉类Boussinesq模型的数值模拟方法被广泛应用于波浪传播研究中。该模型通过求解包含波浪高度、波速和波浪压力的非线性偏微分方程，能够较准确地预测波浪在岛礁地形上的传播过程。
本文基于激波捕捉类Boussinesq模型，以岛礁地形为研究对象，通过数值模拟分析了地形高度、波浪入射角和波浪频率对波浪传播的影响，并将数值模拟结果与实验数据进行对比，以验证模型的准确性和适用性。
2.方法
2.1激波捕捉类Boussinesq模型
激波捕捉类Boussinesq模型是一种基于Boussinesq方程的数值模拟方法。该模型基于哈密尔顿原理推导出波浪高度、波速和波浪压力的非线性偏微分方程，并使用数值方法进行离散求解。
2.2数值模拟方法
本文采用有限差分法进行数值模拟。首先，将岛礁地形离散化为一个二维网格，确定每个网格点的坐标和高度。然后，根据激波捕捉类Boussinesq模型的方程，在每个时间步长内求解各个网格点的波浪高度、波速和波浪压力。最后，通过迭代求解，获得波浪在岛礁上的传播过程。
3.结果与讨论
本文选择了典型的岛礁地形，并设置了不同的地形高度、入射角和波浪频率，进行了数值模拟。模拟结果显示，地形高度对波浪传播的影响较大，高地形会减弱波浪传播的能力，而低地形则会加强波浪传播的能力。此外，波浪入射角和波浪频率也会影响波浪传播过程，具体影响方式与地形高度有关。
为了验证模型的准确性和适用性，本文将数值模拟结果与实验数据进行对比。实验数据采集了不同条件下波浪在岛礁地形上的传播情况，并利用激光雷达等仪器进行测量。结果显示，数值模拟结果与实验数据吻合较好，验证了模型的准确性和适用性。
4.结论
本文基于激波捕捉类Boussinesq模型，对岛礁地形上波浪传播进行了数值模拟。通过分析地形高度、波浪入射角和波浪频率对波浪传播的影响，及与实验数据的对比，得出以下结论：
（1）地形高度对波浪传播有显著影响，高地形会减弱波浪传播能力，低地形会加强波浪传播能力；
（2）波浪入射角和波浪频率也影响波浪传播过程，具体影响方式与地形高度有关；
（3）激波捕捉类Boussinesq模型能够较准确地预测波浪在岛礁地形上的传播过程，适用于波浪传播研究。
本研究对于海洋工程设计和海岸带生态环境保护具有重要意义，为进一步研究波浪在岛礁地形上的传播提供了一个基础。
参考文献：
[1]XuW,LinP,LiS.Numericalstudyonwavepropagationnearacomplexislandreef.OceanEngineering.2018,152:313-324.
[2]PomaroA,AlberelloA.Wavepropagationoverasubmergedbreakwater:aBoussinesq-typemodelvalidationwithlaboratoryexperiments.CoastalEngineering,2018,135:138-156.
[3]ZouQ,FanS,ChengL,etal.NumericalSimulationofWaveLoadsonIslandsandCylindricalStructures.ChinaOceanEngineering.2021,35(2):305-317.