波浪是海洋当中最为主要的物理现象之一。它直接关系到海岸工程(如港口建设、河口治理、岸滩防护等)的安全,与海上运输、水产养殖和滨海企业等的建设与发展都密切相关。因此研究波浪的传播变形具有非常重要的意义。目前在对波浪问题的研究方面,经常采用数学模型来模拟波浪的传播变形。本文结合前人提出的几个独立的波浪数学模型,进行模块化、集成化和系统化,旨在建立一个能够应用于实际工程的近岸波浪数值模型系统,通过该模型系统可以实现由外海波浪推算出近岸口门(或堤前)波要素,进而推算出港内(或堤后)波浪场的一体化波浪模拟过程。 本文模型系统主要由两部分组成,波浪浅水变形计算模块和港内波浪绕射计算模块。港内波浪绕射计算模块又包含规则波绕射计算模块和不规则波绕射计算模块。首先,建立在复杂地形条件下,考虑风能输入以及底摩阻等因素影响的浅水波浪折射绕射数学模型,作为波浪浅水变形计算模块。通过该模块,只要给定外海波要素,便可以求出口门(或堤前)波要素。其次,基于单元点法求解Helmholtz型缓坡方程建立考虑边界反射的规则波绕射数学模型,作为规则波绕射计算模块。再次,根据海港水文规范中推荐的不规则波绕射可以由规则波绕射通过能量的线性迭加而获得的方法,建立不规则波绕射数学模型,作为不规则波绕射计算模块。根据求出的口门(或堤前)波要素,将不规则波在频率和方向上进行分割,然后由规则波绕射计算模块计算各组成波的绕射系数,进而利用不规则波绕射计算模块计算港内(或堤后)的波浪场分布。 将模型系统的计算结果与其他数学模型、物理模型的结果进行了比较,吻合程度较好,计算结果合理。最后,将模型系统应用于浙江某渔港工程和福建某渔港防波堤改造工程实例中。结果比较清楚地反映出在考虑边界反射条件下波浪绕射情况,港内波浪场的分布比较合理。表明该模型系统在实际工程中具有一定的实用价值。