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An Explicit High Resolution Scheme for Nonlinear Shallow Water Equations 被引量:2
1
作者 房克照 邹志利 王艳 《China Ocean Engineering》 SCIE EI 2005年第3期349-364,共16页
The present study develops a numerical model of the two-dimensional fully nonlinear shallow water equations (NSWE) for the wave run-up on a beach. The finite volume method (FVM) is used to solve the equations, and... The present study develops a numerical model of the two-dimensional fully nonlinear shallow water equations (NSWE) for the wave run-up on a beach. The finite volume method (FVM) is used to solve the equations, and a second-order explicit scheme is developed to improve the computation efficiency. The numerical fluxes are obtained by the two dimensional Roe' s flux function to overcome the errors caused by the use of one dimensional fluxes in dimension splitting methods. The high-resolution Godunov-type TVD upwind scheme is employed and a second-order accuracy is achieved based on monotonic upstream schemes for conservation laws (MUSCL) variable extrapolation; a nonlinear limiter is applied to prevent unwanted spurious oscillation. A simple but efficient technique is adopted to deal with the moving shoreline boundary. The verification of the solution technique is carried out by comparing the model output with documented results and it shows that the solution technique is robust. 展开更多
关键词 finite volume method nonlinear shallow water equation monotonic upstream schemes for conservation laws RUN-UP moving shoreline boundary
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Some New Nonlinear Wave Solutions for a Higher-Dimensional Shallow Water Wave Equation
2
作者 Longmin Dong Zhu Guo Yinghui He 《Journal of Applied Mathematics and Physics》 2020年第9期1845-1860,共16页
In this manuscript, we first perform a complete Lie symmetry classification for a higher-dimensional shallow water wave equation and then construct the corresponding reduced equations with the obtained Lie symmetries.... In this manuscript, we first perform a complete Lie symmetry classification for a higher-dimensional shallow water wave equation and then construct the corresponding reduced equations with the obtained Lie symmetries. Moreover, with the extended <em>F</em>-expansion method, we obtain several new nonlinear wave solutions involving differentiable arbitrary functions, expressed by Jacobi elliptic function, Weierstrass elliptic function, hyperbolic function and trigonometric function. 展开更多
关键词 shallow water Wave equations nonlinear Wave Solution Lie Symmetry Analysis Extended F-Expansion Method
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A TVD-WAF-based hybrid finite volume and finite difference scheme for nonlinearly dispersive wave equations
3
作者 Jing Yin Jia-wen Sun Zi-feng Jiao 《Water Science and Engineering》 EI CAS CSCD 2015年第3期239-247,共9页
A total variation diminishing-weighted average flux (TVD-WAF)-based hybrid numerical scheme for the enhanced version of nonlinearly dispersive Boussinesq-type equations was developed. The one-dimensional governing e... A total variation diminishing-weighted average flux (TVD-WAF)-based hybrid numerical scheme for the enhanced version of nonlinearly dispersive Boussinesq-type equations was developed. The one-dimensional governing equations were rewritten in the conservative form and then discretized on a uniform grid. The finite volume method was used to discretize the flux term while the remaining terms were approximated with the finite difference method. The second-order TVD-WAF method was employed in conjunction with the Harten-Lax-van Leer (HLL) Riemann solver to calculate the numerical flux, and the variables at the cell interface for the local Riemann problem were reconstructed via the fourth- order monotone upstream-centered scheme for conservation laws (MUSCL). The time marching scheme based on the third-order TVD Runge- Kutta method was used to obtain numerical solutions. The model was validated through a series of numerical tests, in which wave breaking and a moving shoreline were treated. The good agreement between the computed results, documented analytical solutions, and experimental data demonstrates the correct discretization of the governing equations and high accuracy of the proposed scheme, and also conforms the advantages of the proposed shock-capturing scheme for the enhanced version of the Boussinesq model, including the convenience in the treatment of wave breaking and moving shorelines and without the need for a numerical filter. 展开更多
关键词 Hybrid scheme Finite volume method (FVM) Finite difference method (FDM) Total variation diminishing-weighted average flux (TVD-WAF) Boussinesq-type equations nonlinear shallow water equations (nswes
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Numerical Solution of Nonlinear System of Partial Differential Equations by the Laplace Decomposition Method and the Pade Approximation
4
作者 Magdy Ahmed Mohamed Mohamed Shibl Torky 《American Journal of Computational Mathematics》 2013年第3期175-184,共10页
In this paper, Laplace decomposition method (LDM) and Pade approximant are employed to find approximate solutions for the Whitham-Broer-Kaup shallow water model, the coupled nonlinear reaction diffusion equations and ... In this paper, Laplace decomposition method (LDM) and Pade approximant are employed to find approximate solutions for the Whitham-Broer-Kaup shallow water model, the coupled nonlinear reaction diffusion equations and the system of Hirota-Satsuma coupled KdV. In addition, the results obtained from Laplace decomposition method (LDM) and Pade approximant are compared with corresponding exact analytical solutions. 展开更多
关键词 nonlinear SYSTEM of Partial Differential equations The LAPLACE Decomposition Method The Pade Approximation The COUPLED SYSTEM of the Approximate equations for Long water Waves The Whitham Broer Kaup shallow water Model The SYSTEM of Hirota-Satsuma COUPLED KdV
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Numerical Simulation of Nonlinear Surface Gravity Waves Transformation under Shallow-Water Conditions
5
作者 Iftikhar B. Abbasov 《Applied Mathematics》 2012年第2期135-141,共7页
This work considers the problems of numerical simulation of non-linear surface gravity waves transformation under shallow bay conditions. The discrete model is built from non-linear shallow-water equations. Are result... This work considers the problems of numerical simulation of non-linear surface gravity waves transformation under shallow bay conditions. The discrete model is built from non-linear shallow-water equations. Are resulted boundary and initial conditions. The method of splitting into physical processes receives system from three equations. Then we define the approximation order and investigate stability conditions of the discrete model. The sweep method was used to calculate the system of equations. This work presents surface gravity wave profiles for different propagation phases. 展开更多
关键词 equations of shallow-water Numerical Modelling nonlinear SURFACE GRAVITY WAVES TRANSFORMATION of SURFACE Wave Profile
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HAMILTONIAN FORMULATION OF NONLINEAR WATER WAVES IN A TWO-FLUID SYSTEM 被引量:2
6
作者 卢东强 戴世强 张宝善 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI 1999年第4期4-10,共7页
In this paper, it is dealt with that the Hamiltonian formulation of nonlinear water waves in a two_fluid system,which consists of two layers of constant_density incompressible inviscid fluid with a horizontal bottom,a... In this paper, it is dealt with that the Hamiltonian formulation of nonlinear water waves in a two_fluid system,which consists of two layers of constant_density incompressible inviscid fluid with a horizontal bottom,an interface and a free surface. The velocity potentials are expanded in power series of the vertical coordinate. By taking the kinetic thickness of lower fluid_layer and the reduced kinetic thickness of upper fluid_layer as the generalized displacements, choosing the velocity potentials at the interface and free surface as the generalized momenta and using Hamilton's principle, the Hamiltonian canonical equations for the system are derived with the Legendre transformation under the shallow water assumption. Hence the results for single_layer fluid are extended to the case of stratified fluid. 展开更多
关键词 two_fluid system Hamilton's principle nonlinear water waves shallow water assumption Hamiltonian canonical equations
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浅水波方程模型与奇非线性行波方程解的动力学行为及精确的参数表示:动力系统方法
7
作者 李继彬 《四川师范大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第4期451-468,共18页
首先,介绍在重力作用下,无旋、无黏性和不可压缩的流体的表面波传播的一维(或两维单向)浅水波运动的各种不同模型(PDE),这些模型对应的行波系统一般是奇平面动力系统.其次,用著名的广义Camassa-Holm方程作为例子,通过对应的行波系统的... 首先,介绍在重力作用下,无旋、无黏性和不可压缩的流体的表面波传播的一维(或两维单向)浅水波运动的各种不同模型(PDE),这些模型对应的行波系统一般是奇平面动力系统.其次,用著名的广义Camassa-Holm方程作为例子,通过对应的行波系统的精确解来研究该方程的尖孤子、周期尖波、伪尖孤子、伪周期尖波及有界破缺波解的存在性.第三,应用动力系统分支理论和奇摄动几何理论相结合的方法,建立了奇非线性行波方程研究的理论和方法,介绍奇非线性行波动力学行为的2个主要定理,完整地解决了波的光滑性与非光滑性、完整性和破缺性的判定问题.第四,介绍当伴随正则系统直线解上的奇点是结点时,如何用相轨道识别对应的波形,并研究一个非线性水波方程,获得该系统的各型光滑的孤立波和周期波在不同参数条件下的存在性和精确的参数表示. 展开更多
关键词 浅水波方程模型 广义CAMASSA-HOLM方程 奇非线性行波方程 分枝 动力系统方法
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A Well-Balanced Weighted Compact Nonlinear Scheme for Pre-Balanced Shallow Water Equations
8
作者 Mingyang Cheng Lingyan Tang +1 位作者 Yaming Chen Songhe Song 《Advances in Applied Mathematics and Mechanics》 SCIE 2022年第5期1181-1200,共20页
It is well known that developing well-balanced schemes for the balance laws is useful for reducing numerical errors.In this paper,a well-balanced weighted compact nonlinear scheme(WCNS)is proposed for shallow water eq... It is well known that developing well-balanced schemes for the balance laws is useful for reducing numerical errors.In this paper,a well-balanced weighted compact nonlinear scheme(WCNS)is proposed for shallow water equations in prebalanced forms.The scheme is proved to be well-balanced provided that the source term is treated appropriately as the advection term.Some numerical examples in oneand two-dimensions are also presented to demonstrate the well-balanced property,high order accuracy and good shock capturing capability of the proposed scheme. 展开更多
关键词 shallow water equation weighted compact nonlinear scheme well-balanced property shock capturing property
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The Riemann Problem for the Dispersive Nonlinear Shallow Water Equations
9
作者 Giovanna Grosso Matteo Antuono Eleuterio Toro 《Communications in Computational Physics》 SCIE 2010年第1期64-102,共39页
The complete analytical solution of the Riemann problem for the homo-geneous Dispersive Nonlinear Shallow Water Equations [Antuono, Liapidevskii andBrocchini, Stud. Appl. Math., 122 (2009), pp. 1-28] is presented, for... The complete analytical solution of the Riemann problem for the homo-geneous Dispersive Nonlinear Shallow Water Equations [Antuono, Liapidevskii andBrocchini, Stud. Appl. Math., 122 (2009), pp. 1-28] is presented, for both wet-bed anddry-bed conditions. Moreover, such a set of hyperbolic and dispersive depth-averagedequations shows an interesting resonance phenomenon in the wave pattern of the solu-tion and we define conditions for the occurrence of resonance and present an algorithmto capture it. As an indirect check on the analytical solution we have carried out a de-tailed comparison with the numerical solution of the government equations obtainedfrom a dissipative method that does not make explicit use of the solution of the localRiemann problem. 展开更多
关键词 Riemann problem Dispersive nonlinear shallow water equations compound waves RESONANCE
原文传递
海啸波传播的线性和非线性特征及近海陆架效应影响的数值研究 被引量:6
10
作者 王培涛 于福江 +1 位作者 范婷婷 董剑希 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期18-29,共12页
浅水方程被广泛应用于海啸预警报业务及研究,而针对线性浅水方程与非线性浅水方程在不同海区水深地形条件下的适用范围、计算效率问题是海啸研究人员急需了解的。本文应用基于浅水方程的海啸数值预报模型就海啸波在南海、东海传播的线... 浅水方程被广泛应用于海啸预警报业务及研究,而针对线性浅水方程与非线性浅水方程在不同海区水深地形条件下的适用范围、计算效率问题是海啸研究人员急需了解的。本文应用基于浅水方程的海啸数值预报模型就海啸波在南海、东海传播的线性、非线性特征以及陆架对其传播之影响进行了数值分析研究。海啸波在深水的传播表征为强线性特征,此时线性系统对海啸波幅的模拟计算具有较高的精度和效率,而弱的非线性特征及弱的色散特征对海啸波幅的预报影响甚微,可以忽略不计。海啸波传播至浅水大陆架后受海底坡度变化、海底粗糙度等因素影响,波动的非线性效应迅速传播、积累,与线性浅水方程计算的海啸波相比表现出较大差异,主要表现为:在南海区,水深小于100m时,海啸波首波以后的系列波动非线性特征比较明显,两者波幅差别较大,但首波波幅的区别不大,因此对于该区域在不考虑海啸爬高的情况下,应用线性系统计算得到的海啸波幅也可满足海啸预警报的要求;在东海区由于陆架影响,海啸波非线性特征明显增强,水深小于100m区域,首波及其后系列波波幅均差异较大,故在该区域必须考虑海啸波非线性作用。本文就底摩擦项对海啸波首波波幅的影响进行了数值对比分析,结果表明:底摩擦作用对海啸波首波波幅影响仅作用于小于100m水深。最后,该文通过敏感性试验,初步分析了陆架宽度及陆架边缘深度对海啸波波幅的影响,得出海啸波经陆架传播共振、变形后,海啸波幅的放大或减小与陆架的宽度及陆架边缘水深有关。 展开更多
关键词 海啸波 线性和非线性 浅水方程 陆架效应 数值研究 底摩擦
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一个二流体系统中非线性水波的Hamilton描述 被引量:8
11
作者 卢东强 戴世强 张宝善 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 1999年第4期331-336,共6页
讨论了一个二流体系统中非线性水波的Hamilton描述,该系统由水平固壁之上的两层常密度不可压无粘流体组成,上表面为自由面·文中将速度势函数展开成垂向坐标的幂级数,在浅水长波的假定下,取下层流体的“动厚度”与上层... 讨论了一个二流体系统中非线性水波的Hamilton描述,该系统由水平固壁之上的两层常密度不可压无粘流体组成,上表面为自由面·文中将速度势函数展开成垂向坐标的幂级数,在浅水长波的假定下,取下层流体的“动厚度”与上层流体的“折合动厚度”为广义位移、界面上和自由面上的速度势为广义动量,根据Hamilton原理并运用Legendre变换导出该系统的Hamilton正则方程,从而将单层流体情形的结果推广到分层流体的情形· 展开更多
关键词 二流体系流 非线性水波 哈密顿描述 水波
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日本东北M_W9.0地震海啸在港池及邻近区域诱发的涡流危险性计算与评估分析 被引量:11
12
作者 王培涛 闪迪 +7 位作者 王岗 于福江 侯京明 赵联大 原野 范婷婷 任智源 王宗辰 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期4162-4177,共16页
海啸造成的灾害与损失并非都与淹没有关,特别是港口中海啸诱导的强流会对船只及海事设施产生重要的影响及损害.由于海啸流观测数据稀缺及海啸诱导涡流机制的不确定性,过去60年海啸科学主要集中于对海啸波特征及淹没过程的研究与分析,海... 海啸造成的灾害与损失并非都与淹没有关,特别是港口中海啸诱导的强流会对船只及海事设施产生重要的影响及损害.由于海啸流观测数据稀缺及海啸诱导涡流机制的不确定性,过去60年海啸科学主要集中于对海啸波特征及淹没过程的研究与分析,海啸流模拟及验证工作开展较少,导致对海啸流基本特征及其造成灾害现象的曲解.开展海啸诱导的涡流研究及预警服务显得尤为重要及紧迫.考虑快速海啸预警需要,综合对比海啸诱导涡流的物理框架及模型方法,探索兼顾效率与计算精度的海啸流模拟方法是本文的核心工作及出发点.通过分析浅层湍流相干结构(TCS)产生的主要物理耗散机制,确定了考虑2D水平耗散机制的非线性浅水方程可用于海啸涡流的模拟分析.基于高精、高分辨率有限体积模型Geoclaw建立了三个精细化的港口海啸流模型,模型分辨率为5m.利用基于海啸浮标反演的海啸源模型作为初始条件,模拟分析了日本东北地震海啸在远场的海啸波流特征.海啸波流特征模拟结果与观测吻合较好,结果可信.对比发现:波驱动的自由表面流,小的位相或波幅误差就会导致大的流速误差,流的模拟和预报相对波幅来说更具挑战性.研究了海啸波流能量在港池中的分布特征,得到:港池入口及防波堤两端常被强流控制,具有极高的危险性;相对于波幅的空间变化,海啸流具有更强的空间敏感性;所建立的高分辨率海啸模型模拟再现了日本海啸在近场的涡旋结构,给出了与观测基本一致的涡流特征.最后,引入海啸流危险等级标准,分析了港口海啸流危险性等级分布、船只疏散的安全深度及回港的时间周期.针对港口、海湾同时考虑海啸波流特征的海啸预警与评估对于港口应急管理者科学决策具有重要意义. 展开更多
关键词 日本东北地震 海啸涡流 浮标反演 危险性评估 湍流相干结构 非线性浅水方程 海啸波流特征
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基于二维浅水方程的滑坡体兴波数值模型 被引量:7
13
作者 房克照 尹晶 +1 位作者 孙家文 焦子峰 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期96-105,共10页
基于有限体积方法和结构化网格,建立了海底滑坡引起的波浪传播数值模型。模型控制方程为考虑了海床随时间变化的二维浅水方程。采用中心迎风格式计算控制体界面数值通量,采用线性重构技术、局部海床高程处理技术和全隐式离散底摩阻项,... 基于有限体积方法和结构化网格,建立了海底滑坡引起的波浪传播数值模型。模型控制方程为考虑了海床随时间变化的二维浅水方程。采用中心迎风格式计算控制体界面数值通量,采用线性重构技术、局部海床高程处理技术和全隐式离散底摩阻项,保证了格式的和谐性、守恒性和水深非负性,有效处理了海岸动边界问题。时间积分采用具有强稳定性质的二阶龙格-库塔方法 (ssp RK)。针对滑坡体兴波经典算例开展数值模拟,将计算结果与解析解、实验结果及其他模型计算结果进行比较和分析。结果表明,对于所考虑的计算工况,模型能较合理地模拟滑坡兴波的产生、传播和爬高过程。 展开更多
关键词 滑坡体兴波 非线性浅水方程 有限体积方法 中心迎风格式
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变形浅水波方程组的一个非线性变换及其应用(英文) 被引量:7
14
作者 王明亮 周宇斌 张辉群 《数学进展》 CSCD 北大核心 1999年第1期71-75,共5页
本文用齐次平衡方法导出了变形浅水波方程组的一个非线性变换,借助该变换得到了方程组的精确孤立波解.
关键词 变形浅水波方程 非线性变换 浅水波方程
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非静压方程与波作用谱模型的波浪传播嵌套模拟 被引量:6
15
作者 邹国良 张庆河 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期126-131,共6页
为了合理描述波浪从大尺度范围到小尺度范围传播变形,将基于求解相位平均的波作用谱模型和求解相位的非静压波浪模型进行嵌套。非静压模型的嵌套边界条件由波作用谱模型计算得到的波浪谱经过空间和频率插值提供。波浪在等水深地形和斜... 为了合理描述波浪从大尺度范围到小尺度范围传播变形,将基于求解相位平均的波作用谱模型和求解相位的非静压波浪模型进行嵌套。非静压模型的嵌套边界条件由波作用谱模型计算得到的波浪谱经过空间和频率插值提供。波浪在等水深地形和斜坡地形上传播的嵌套模拟算例结果表明,嵌套模型可以获得较为准确的波高、周期以及波浪谱,可以合理描述波浪从大范围区域向小范围区域的传播。 展开更多
关键词 非线性浅水方程 波作用谱模型 非静压 波浪嵌套
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浮体在浅水中运动产生的孤立波 被引量:1
16
作者 林建国 许维德 陶尧森 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 1998年第2期167-173,共7页
本文对在浅水中以跨临界速度运动的浮体产生的兴波同题作了数值计算,用作者提出的求解浮体波动问题的新方法,将浮体与流体接触的物面作为自由表面处理,使Boussinesq方程用于此问题的全域直接数值求解,数值结果使我们得到了新颖的浮体运... 本文对在浅水中以跨临界速度运动的浮体产生的兴波同题作了数值计算,用作者提出的求解浮体波动问题的新方法,将浮体与流体接触的物面作为自由表面处理,使Boussinesq方程用于此问题的全域直接数值求解,数值结果使我们得到了新颖的浮体运动产生的孤立波解。 展开更多
关键词 浮体 浅水 非线性 孤立波 B-方程 数值计算
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冲泻区形态动力学耦合模型研究Ⅱ:模型建立与验证 被引量:1
17
作者 邓斌 蒋昌波 +1 位作者 陈杰 杨树清 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期1512-1522,共11页
利用已建立的分段输沙率公式和实验数据,基于一维非线性浅水方程和床面变形方程,考虑两类共6种输沙率公式,增加床面剪切应力和渗流源项,建立适用于冲泻区水沙动力特性的岸滩形态动力学耦合模型。采用典型算例对模型可靠性进行了数值验证... 利用已建立的分段输沙率公式和实验数据,基于一维非线性浅水方程和床面变形方程,考虑两类共6种输沙率公式,增加床面剪切应力和渗流源项,建立适用于冲泻区水沙动力特性的岸滩形态动力学耦合模型。采用典型算例对模型可靠性进行了数值验证,结果表明,耦合模型中采用TVD-WAF格式和分段输沙率公式在计算形态变化时取得了较好的数值精度。进一步模拟了冲泻区内岸滩形态的变化特征,计算得到的水深、岸线轨迹和岸滩剖面变化结果与实验结果吻合较好,并讨论了不同摩阻系数和有无渗流对岸滩形态的影响规律,结果表明冲泻区形态动力学模型不能忽略床面摩阻和渗流的影响,本研究提出的分段输沙率公式适应于冲泻区的泥沙输运研究。 展开更多
关键词 冲泻区 形态动力学 非线性浅水方程 床面摩阻 渗流
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浅水中浮体在波浪作用下运动的三维时域计算模型 被引量:2
18
作者 张俊生 滕斌 丛培文 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2016年第1期1-9,共9页
港口中系泊船在波浪作用下运动问题的本质是浅水波浪与浮体的相互作用。与深水情况不同,浅水问题应当考虑水底、水域边界的影响及浅水波浪自身的特性,单一模型很难实现该模拟过程。为此,建立了Boussinesq方程计算入射波和Laplace方程计... 港口中系泊船在波浪作用下运动问题的本质是浅水波浪与浮体的相互作用。与深水情况不同,浅水问题应当考虑水底、水域边界的影响及浅水波浪自身的特性,单一模型很难实现该模拟过程。为此,建立了Boussinesq方程计算入射波和Laplace方程计算散射波的全时域组合计算模型。有限元法求解的Boussinesq方程能使入射波充分考虑到水底、水域边界的影响和浅水波浪的特性;散射波被线性化,采用边界元法求解,并以浮体运动时的物面条件为入射波和散射波求解的匹配条件。该方法为完全的时域方法,计算网格不随时间变动,计算过程较为方便。通过与实验及其他数值方法的结果进行比较,验证了本模型对非线性波面、浮体的运动都有比较理想的计算结果,显示了本模型对非线性问题具有较好的计算能力。 展开更多
关键词 浅水中浮体运动 非线性波浪作用 BOUSSINESQ方程 LAPLACE方程 三维时域数值模型
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港湾中海啸流的模拟及其时空演变特征对输入条件不确定性的响应分析 被引量:1
19
作者 王培涛 闪迪 +6 位作者 侯京明 王岗 高义 任智源 范婷婷 王宗辰 王君成 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期1325-1340,共16页
一直以来,海啸波特征作为表征海啸潜在破坏性的参数指标得到了广泛应用,特别是针对近场极端海啸事件造成的灾害来说,这种表征具有较好的适用性.然而总结分析历史海啸事件造成的损失发现:在远场近岸及港湾系统中,海啸诱导的强流却是造成... 一直以来,海啸波特征作为表征海啸潜在破坏性的参数指标得到了广泛应用,特别是针对近场极端海啸事件造成的灾害来说,这种表征具有较好的适用性.然而总结分析历史海啸事件造成的损失发现:在远场近岸及港湾系统中,海啸诱导的强流却是造成损失的主要原因.陆架或港湾振荡导致海啸波幅快速升降诱发强流,可能促使港工设施受到威胁及损害,进而对海啸预警服务及海事应急管理提出了新的挑战.因此,全面理解与评估海啸在港湾中诱发的灾害特征,探索港湾中海啸流的数值模拟方法,发展针对港湾尺度的海啸预警服务指导产品尤为迫切.受限于海啸流验证数据的缺乏及准确模拟海啸流技术方法的诸多不确定性,大部分海啸数值模拟研究工作主要是针对水位特征的研究及验证,可能导致对港湾中海啸灾害危险性认识的曲解与低估.本研究基于非线性浅水方程,针对夏威夷群岛三个典型港湾建立了精细化海啸数值模型(空间分辨率达到10m),并联合有限断层破裂模型计算分析了日本东北地震海啸在三个港湾及其邻近区域的海啸特征,波、流计算结果与实测结果吻合较好,精细化的海啸港湾模型模拟结果可信.模拟发现港湾中较小的波幅,同样可以产生强流.综合分析日本东北地震海啸波、流特征对输入条件不确定性的响应结果发现:港湾中海啸波-流能量的空间分布特征差异较大,这与港湾系统中海啸波的驻波特性相关;相比海啸波幅空间特征,海啸流特征具有更强的空间敏感性;海啸流时空分布特征对输入条件的不确定性响应比海啸波幅对这些不确定性的响应更强,海啸流的模拟与预报更有挑战性;不确定性对海啸流计算精度的影响会进一步传导放大港湾海啸流危险性的评估及对港工设施产生的应力作用的误差,合理的输入条件对海啸流的精确模拟至关重要.最后,希望通过本文的研究可以从海啸波-流特征角度更加全面认识近岸海啸灾害特征,拓展海啸预警服务的广度与深度,从而为灾害应急管理部门提供更加科学合理的辅助决策产品. 展开更多
关键词 日本东北地震 海啸流 时空演变 港湾振荡 非线性浅水方程 有限断层破裂模型
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利用PETSc和FEPG编制海啸数值模拟程序的研究 被引量:2
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作者 张超凡 石耀霖 《地震》 CSCD 北大核心 2008年第1期47-56,共10页
海啸的数值模拟是海啸研究的一个重要领域,它对于帮助理解海啸的基本物理特性和预防减灾具有重要意义。海啸数值模拟程序的编制是一项繁杂的工作,该文介绍了利用两种功能强大的通用软件(PETSc和FEPG)来进行海啸数值模拟程序编写的研究。... 海啸的数值模拟是海啸研究的一个重要领域,它对于帮助理解海啸的基本物理特性和预防减灾具有重要意义。海啸数值模拟程序的编制是一项繁杂的工作,该文介绍了利用两种功能强大的通用软件(PETSc和FEPG)来进行海啸数值模拟程序编写的研究。PETSc和FEPG采用有限差分、有限元、有限体积等多种离散方法,可以对数值问题给出稳定的求解。该文采用了直角坐标系下的非线性浅水波方程作为海啸波传播的控制方程进行离散求解,并将其结果与TUNAMI N1模型进行了比较,表明这两种方法方便而且有效。 展开更多
关键词 海啸 数值模拟 非线性浅水波方程 PETSC FEPG
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