基于二维浅水方程的滑坡体兴波数值模型

房克照; 尹晶; 孙家文; 焦子峰

doi:10.14042/j.cnki.32.1309.2017.01.011

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基于二维浅水方程的滑坡体兴波数值模型

房克照, 尹晶, 孙家文, 焦子峰

文章导航 > 水科学进展 > 2017 > 28(1): 96-105

房克照, 尹晶, 孙家文, 焦子峰. 基于二维浅水方程的滑坡体兴波数值模型[J]. 水科学进展, 2017, 28(1): 96-105. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.01.011

引用本文:

房克照, 尹晶, 孙家文, 焦子峰. 基于二维浅水方程的滑坡体兴波数值模型[J]. 水科学进展, 2017, 28(1): 96-105. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.01.011

FANG Kezhao, YIN Jing, SUN Jiawen, JIAO Zifeng. A numerical model for landslide-generated waves based on two-dimensional shallow water equations[J]. Advances in Water Science, 2017, 28(1): 96-105. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.01.011

Citation:

FANG Kezhao, YIN Jing, SUN Jiawen, JIAO Zifeng. A numerical model for landslide-generated waves based on two-dimensional shallow water equations[J]. Advances in Water Science, 2017, 28(1): 96-105. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.01.011

基于二维浅水方程的滑坡体兴波数值模型

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.01.011

房克照¹,
尹晶^1,2,,
孙家文^1,2,
焦子峰¹

1.
大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室DUT-UWA海洋工程联合研究中心, 辽宁大连 116024;
2.
国家海洋环境监测中心, 辽宁大连 116023

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51579034）；辽宁省教育厅重点实验室基础研究资助项目（LZ2015013）

详细信息

作者简介:
房克照(1980-),男,山东日照人,副教授,博士,主要从事海岸动力学和海岸动力地貌方面研究。E-mail:kfang@dlut.edu.cn

通讯作者:
尹晶,E-mail:hyy2811@qq.com

中图分类号: O353.2

A numerical model for landslide-generated waves based on two-dimensional shallow water equations

1.
The State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Ocean Engineering Joint Research Center of DUT-UWA, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China;
2.
National Marine Environmental Monitoring Center, State Oceanic Administration, Dalian 116023, China

Funds: The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China (No.51579034).

摘要: 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。
- 滑坡体兴波 /
- 非线性浅水方程 /
- 有限体积方法 /
- 中心迎风格式
Abstract: Based on the finite-volume method and a structured mesh system, a numerical model for simulating landslide-generated waves is developed. The governing equations are the two-dimensional nonlinear shallow water (NLSW) equations with the consideration of a dynamic seabed. The central upwind scheme is used to compute the numerical interface flux. The second-order MUSCL method for variables reconstruction, local bed modification and implicit treatment to bottom friction are used to ensure the properties of well-balanced, conservative and non-negative water depth, as well as the ability to deal with the moving shoreline. The second-order Runge-Kutta method with Strong Stability Preserving (SSP) is adopted to perform the time marching. A series of benchmark cases are simulated and the numerical results are compared with the analytical solution, experimental data and numerical results from other models. It is found the present model can simulate the generation, propagation and runup of the landslide-generated waves for the considered cases with reasonable accuracy.
- landslide-generated waves /
- nonlinear shallow water equations /
- finite volume method /
- central upwind scheme

[1]	房克照, 孙家文, 刘忠波, 尹晶. 近岸波浪传播的非静压数值模型 . 水科学进展, 2015, 26(1): 114-122. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.01.015
[2]	吴钢锋, 贺治国, 刘国华. 具有守恒特性的二维溃坝洪水演进数值模型 . 水科学进展, 2013, 24(5): 683-691.
[3]	房克照, 邹志利, 孙家文, 刘忠波. 扩展型Boussinesq水波方程的混合求解格式 . 水科学进展, 2013, 24(5): 699-705.
[4]	赵张益, 张庆河, 李世森. Runge-Kutta间断有限元格式在一维浅水方程中的应用 . 水科学进展, 2012, 23(5): 695-701. doi: CNKI: 32.1309.P.20120824.1606.011
[5]	宋利祥, 周建中, 王光谦, 王玉春, 廖力, 谢田. 溃坝水流数值计算的非结构有限体积模型 . 水科学进展, 2011, 22(3): 373-381.
[6]	周刚, 郑丙辉, 胡德超, 雷坤, 乔飞. 正交曲线坐标系二维浅水方程ELADI有限差分方法 . 水科学进展, 2011, 22(4): 523-531.
[7]	郑俊, 李瑞杰, 江森汇, 罗锋. 缓坡方程的有限元解法及应用 . 水科学进展, 2009, 20(2): 275-280.
[8]	王志力, 陆永军, 耿艳芬. 基于非结构网格有限体积法的二维高精度物质输运模拟 . 水科学进展, 2008, 19(4): 531-536.
[9]	程永舟, 王永学, 蒋昌波, 陈纯. 浅水非线性波作用下沙纹床面底层流动特性试验研究 . 水科学进展, 2007, 18(6): 801-806.
[10]	陈建忠, 史忠科. 运用半离散中心迎风格式计算二维浅水方程的研究 . 水科学进展, 2005, 16(6): 853-857.
[11]	潘存鸿, 林炳尧, 毛献忠. 一维浅水流动方程的Godunov格式求解 . 水科学进展, 2003, 14(4): 430-436.
[12]	施勇, 胡四一. 无结构网格上平面二维水沙模拟的有限体积法 . 水科学进展, 2002, 13(4): 409-415.
[13]	江春波, 杜丽惠. 二维扩散输移问题的一种新的有限体积算法 . 水科学进展, 2000, 11(4): 351-356.
[14]	赵棣华, 戚晨, 庾维德, 徐葆华, 裴中平. 平面二维水流-水质有限体积法及黎曼近似解模型 . 水科学进展, 2000, 11(4): 368-374.
[15]	马生伟, 蔡启铭. 浅水湖泊风生流的迎风有限元数值模型研究 . 水科学进展, 2000, 11(1): 70-75.
[16]	周志芳, 李艳. 复杂岩体地下水运动问题的有限分析法 . 水科学进展, 1997, 8(3): 240-246.
[17]	詹美礼, 速宝玉. 交叉裂隙水流N-S方程有限元分析 . 水科学进展, 1997, 8(1): 1-8.
[18]	彭文启, 李炜. 三维N-S方程混合有限分析多重网格方法 . 水科学进展, 1997, 8(1): 11-15.
[19]	谭维炎, 胡四一. 浅水流动计算中—阶有限体积法Osher格式的实现 . 水科学进展, 1994, 5(4): 262-270.
[20]	谭维炎, 胡四一. 二维浅水流动的一种普适的高性能格式——有限体积Osher格式 . 水科学进展, 1991, 2(3): 154-161.

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基于二维浅水方程的滑坡体兴波数值模型

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.01.011

1. 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室DUT-UWA海洋工程联合研究中心, 辽宁大连 116024;

2. 国家海洋环境监测中心, 辽宁大连 116023

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51579034）；辽宁省教育厅重点实验室基础研究资助项目（LZ2015013）

作者简介:
房克照(1980-),男,山东日照人,副教授,博士,主要从事海岸动力学和海岸动力地貌方面研究。E-mail:kfang@dlut.edu.cn

通讯作者: 尹晶,E-mail:hyy2811@qq.com

收稿日期: 2016-03-25
刊出日期: 2017-01-25

中图分类号: O353.2

关键词:

摘要: 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。

English Abstract

A numerical model for landslide-generated waves based on two-dimensional shallow water equations

1. The State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Ocean Engineering Joint Research Center of DUT-UWA, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China;

2. National Marine Environmental Monitoring Center, State Oceanic Administration, Dalian 116023, China

Funds: The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China (No.51579034).

Received Date: 2016-03-25
Publish Date: 2017-01-25

Keywords:

Abstract: Based on the finite-volume method and a structured mesh system, a numerical model for simulating landslide-generated waves is developed. The governing equations are the two-dimensional nonlinear shallow water (NLSW) equations with the consideration of a dynamic seabed. The central upwind scheme is used to compute the numerical interface flux. The second-order MUSCL method for variables reconstruction, local bed modification and implicit treatment to bottom friction are used to ensure the properties of well-balanced, conservative and non-negative water depth, as well as the ability to deal with the moving shoreline. The second-order Runge-Kutta method with Strong Stability Preserving (SSP) is adopted to perform the time marching. A series of benchmark cases are simulated and the numerical results are compared with the analytical solution, experimental data and numerical results from other models. It is found the present model can simulate the generation, propagation and runup of the landslide-generated waves for the considered cases with reasonable accuracy.

房克照, 尹晶, 孙家文, 焦子峰. 基于二维浅水方程的滑坡体兴波数值模型[J]. 水科学进展, 2017, 28(1): 96-105. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.01.011

引用本文:

房克照, 尹晶, 孙家文, 焦子峰. 基于二维浅水方程的滑坡体兴波数值模型[J]. 水科学进展, 2017, 28(1): 96-105. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.01.011

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基于二维浅水方程的滑坡体兴波数值模型

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.01.011

作者简介: 房克照(1980-),男,山东日照人,副教授,博士,主要从事海岸动力学和海岸动力地貌方面研究。E-mail:kfang@dlut.edu.cn

通讯作者: 尹晶,E-mail:hyy2811@qq.com

A numerical model for landslide-generated waves based on two-dimensional shallow water equations

计量

出版历程

基于二维浅水方程的滑坡体兴波数值模型

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.01.011

1. 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室DUT-UWA海洋工程联合研究中心, 辽宁 大连 116024; 2. 国家海洋环境监测中心, 辽宁 大连 116023

作者简介: 房克照(1980-),男,山东日照人,副教授,博士,主要从事海岸动力学和海岸动力地貌方面研究。E-mail:kfang@dlut.edu.cn

通讯作者: 尹晶,E-mail:hyy2811@qq.com

English Abstract

A numerical model for landslide-generated waves based on two-dimensional shallow water equations

1. The State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Ocean Engineering Joint Research Center of DUT-UWA, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China; 2. National Marine Environmental Monitoring Center, State Oceanic Administration, Dalian 116023, China

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作者简介:
房克照(1980-),男,山东日照人,副教授,博士,主要从事海岸动力学和海岸动力地貌方面研究。E-mail:kfang@dlut.edu.cn

通讯作者:
尹晶,E-mail:hyy2811@qq.com

1. 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室DUT-UWA海洋工程联合研究中心, 辽宁大连 116024;

2. 国家海洋环境监测中心, 辽宁大连 116023

作者简介:
房克照(1980-),男,山东日照人,副教授,博士,主要从事海岸动力学和海岸动力地貌方面研究。E-mail:kfang@dlut.edu.cn

1. The State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Ocean Engineering Joint Research Center of DUT-UWA, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China;

2. National Marine Environmental Monitoring Center, State Oceanic Administration, Dalian 116023, China