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三维水下地形上孤立波演化的实验研究

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本文通过浪高仪的波高测量和声学多普勒测速仪(ADV)的速度测量，研究了水下三维地形中孤立波的传播和演化。实验共设置约150个浪高仪测点和78个ADV测点，详细描述整个区域的流场信息。实验使用的水下三维地形可以看作是由Whalin(1971)研究中的一系列由圆组成的斜坡缩放所得。在文章中分析了波峰到达时间、波幅和变形以及水粒子速度。从波峰到达时间的角度看，将简单未变形孤立波在等效二维地形上的理论预测的实验数据相比，实验中三维地形对孤立波传播的影响较小。对于所有的波况和波位，实验结果与预测结果之间的误差遵循相同的传播位置函数。实验结果还表明，三维地形对孤立波的振幅和变形有明显的影响。波浪能量汇聚到地形中心区域，使该区域的波幅远大于其他区域，更容易发生破断。孤立波经过地形后，其前端全部变窄，尾部出现一条长尾，尾部出现第二个波峰。平行于传播方向的最大绝对速度分布与波幅分布相似。但垂直于传播方向的最大绝对速度只有在湍流非常强烈的区域才会很高。其他区域的速度方向和分布表明，在湍流产生之前，孤立波中的水粒子逐渐向地形中心汇聚。实验结果可作为进一步验证三维破波数值模型的基准数据，并有助于理解孤立波与三维水下地形之间的复杂相互作用。