波浪与建筑物相互作用课程心得
姓
名：
学
号：
沈
倩
颖
191303020011
专业班级：
港航学硕 2 班
任课老师：
冯卫兵、赵红军、倪兴也
2020 年 8 月
中国 南京
通过波浪与建筑物相互作用的课程的学习，三个老师的教学让我对波浪与建
筑的理论、波浪与建筑物相互作用的计算方法、目前国内外常用的数学模型以及
波浪研究新趋势探索有了一定的深入认识并进行了一写自我思考。
关于波浪与建筑物理论、相互作用的计算方法方面。本科阶段以及研究生阶
段学习到的海岸动力学、数值模拟、高等数学、计算水力学，水力学等课程的联
合运用让对于我对于自身的研究生身份应该具有的自我学习能力、对知识的统筹
运用能力有了进一步的自我要求。老师并未将所有的推导内容直接讲授给我们，
而是余留一点内容，让我们对知识进行进一步自我吸收，并进行实际运用。
关于波浪与建筑物的实际应用方面。应用设计到方方面面的知识，海岸防护、
海港工程、河口整治、围垦工程；海上平台、跨海大桥；水库、湖泊等在建设和
维护方面都需要波浪与建筑物相互作用的知识来支撑。目前我们主要的研究手段
是现场观测、数值模拟和数学模型试验。但对于不同类型的建筑物，如斜坡式建
筑物、直立式建筑物、桩基和墩桩、带梁板透空建筑物、船舶等与波浪发生相互
作用过程中波浪发生的现象不一样，波浪作用下结构物的安全性问题的标准也不
一样。波浪在结构物上会发生波浪破碎、反射、爬高、越浪、冲刷、护面块体失
稳等现象，而对于减少、减弱此类破坏现象的措施有很多，需要细致研究。
关于波浪与建筑物国内外常用的数学模型方面，主要讲解了新一代无网格方
法——光滑粒子流体动力学方法（SPH）的理论及应用，介绍了 SPH 方法的基本
原理、基于 NS 方程的 SPH 水动力模型，以及基于此研究 SPH 数值波浪水槽和
应用并进行数值模型实战。因为波浪与建筑物相互作用的问题研究具有大变形、
自由表面、运动边界、多相物质边界、离散物质点等特点，SPH 相较于传统的网
格法，将研究对象离散为有限个粒子组成的系统，粒子不仅具有直观的物质属性
（密度、速度、压强等），兼具计算节点功能。粒子之间无直接的网格联系，可
以有效避免传统网格方法难处理网格畸变问题。
关于波浪研究新趋势和探索方面。我根据冯老师第一节留给我们的思考问题，
对其中比较感兴趣点进行资料查找及自我思考。关于如何考虑背景风场和台风或
寒潮大风的叠加效应。考虑到台风或寒潮产生的风暴潮、风暴海浪是近岸灾害性
海洋环境和工程环境研究的重要问题，所以台风风场的精确度很大程度上决定了
风暴潮、风暴海浪等计算的精确度。而且对于风暴过程泥沙冲淤等问题来说，往
往需要知道台风过境前后较长时间的风场，所以需要研究台风模拟风场和背景风
场之间的叠加效应及合成方法。台风气旋中心附近的风场受台风系统的控制，但
是在离热带气旋中心较远的范围，风场同时受到台风系统和其他天气系统的作用，
在更远的范围，风场基本由其他天气系统控制，因此需要将台风风场和背景风场
进行合成。朱首贤在 2005 年的一篇文章中提出了一种合成方法：
当然这也仅仅是一种公式的叠加方式，有研究表明公式叠加背景风场更加合
理，而一个精确的风场模型建立为后期的风暴潮、波浪变化研究机理及后报做铺
垫。
不仅有风场的叠加，还有波浪场的叠加。因为近年来，沿海港口规模大型化
发展趋势越来越明显，港口水域范围不断扩大，这给港区设计波浪要素的推算带
来了很大的难度。大型港域波浪推算中，不仅需要考虑地形及边界变化引起的波
浪浅化、折射、饶射、反射、破碎、底摩擦耗散等复杂物理现象，还需要考虑局
部风浪的影响。根据《海港水文规范》
“港区风区长度超过 1km 时，应同时考虑
绕射波与局部风浪的合成。”考虑局部风浪影响的港域波浪场可按下式计算：
H  H12  H 22
式中，H 为局部风浪影响港域波高；H1 为港内绕射波高，H2 为局部风浪。
对于局部风浪场影响的港域波浪场，可以用动谱能量平衡方程作为局部风浪
长模拟技术手段，其模拟结果与 MIKE 21 BW 模型模拟得出的波浪长进行合成。
以上就是我对于波浪与建筑物相互作用的课程感想以及个人思考内容，感谢
三位老师在疫情期间，克服线上课堂的弊端，给我们带来一门丰富精彩的课程教
学内容。