SMS 11.2 - STWAVE ( steady state spektral WAVE )

sumber : Manual book SMS Aquaveo

Modeling Nearshore Wave

Transformation with STWAVE by Jane McKee Smith

Modeling Near Shore Wave Surface water Modeling System 11.2

STWAVE ( steady state spektral WAVE ) adalah steady-state dengan metode beda hingga , Model spektral berdasarkan persamaan keseimbangan aksi gelombang . STWAVE buat oleh US Army Corps of Engineers Waterways Experiment Station ( USACE - WES ).

Memperkirakan pertumbuhan dekat pantai angin - gelombang dan transformasi adalah penting komponen sebagian besar proyek pesisir rekayasa , misalnya , memprediksi batimetri dan perubahan garis pantai , memperkirakan navigasi saluran shoaling dan migrasi, merancang atau memperbaiki struktur pantai , menilai kondisi navigasi, dan mengevaluasi evolusi alami dari inlet pesisir atau pantai dibandingkan konsekuensi tindakan rekayasa . propagasi gelombang dekat pantai dipengaruhi oleh kompleks batimetri ( termasuk beting dan saluran navigasi ) ; tide- , angin , dan wavegenerated arus ; ketinggian air gelombang - diinduksi tide- dan variasi ; dan pesisir struktur . Penggunaan model gelombang numerik telah menyebar luas untuk mewakili transformasi gelombang terutama karena meningkatnya kecanggihan mereka dan ekonomi aplikasi relatif terhadap biaya besar pengukuran lapangan atau Studi Model fisik.

STWAVE mensimulasikan kedalaman-diinduksi refraksi gelombang dan shoaling, refraksi dan shoaling saat-diinduksi, mendalam-dan kecuraman yang disebabkan gelombang pecah, difraksi, pertumbuhan gelombang karena masukan angin, dan interaksi gelombang-gelombang dan capping putih yang mendistribusikan dan menghilangkan energi dalam tumbuh medan gelombang. Tujuan dari STWAVE adalah untuk memberikan model yang mudah diterapkan, fleksibel, dan kuat untuk pembangkitan angin gelombang dekat pantai dan propagasi. upgrade terbaru untuk model termasuk angin, gelombang dan bidang gesekan (spasial bervariasi). Juga, bidang angin dan gelombang dapat temporal bervariasi. Metode analisis yang digunakan oleh kode STWAVE bersama dengan format file dan parameter masukan dijelaskan dalam dokumentasi STWAVE. SMS mendukung kedua pra dan pasca-pengolahan untuk STWAVE.

Sebuah spektrum gelombang adalah representasi statistik dari medan gelombang. Secara konseptual , spektrum adalah superposisi linear dari gelombang monokromatik. Ssebuah spektrum menggambarkan distribusi energi gelombang sebagai fungsi dari frekuensi ( Spektrum satu dimensi ) atau frekuensi dan arah ( dua dimensi spektrum). Contoh dari spektrum satu dimensi gelombang diberikan dalam Gambar 1. Periode puncak spektrum adalah kebalikan dari frekuensi puncak spektrum. Tinggi gelombang ( gelombang signifikan atau nol – saat height ) adalah sama dengan empat kali akar kuadrat dari daerah di bawah spektrum . Untuk contoh spektrum yang diberikan pada Gambar 1 , frekuensi puncak 0.105 Hz , puncak Periode adalah 9,5 detik, dan tinggi gelombang 2.8 m. STWAVE didasarkan pada asumsi bahwa fase relatif dari komponen spektral adalah acak , dan demikian informasi fase tidak dilacak (yaitu , itu adalah model fase - rata ). Di aplikasi praktis , informasi fase gelombang di seluruh domain model jarang diketahui cukup akurat untuk memulai model fase - menyelesaikan . Khas, Informasi fase gelombang hanya diperlukan untuk menyelesaikan variasi gelombang -height dekat struktur pantai untuk rinci , near-field refleksi dan difraksi pola . Dengan demikian , untuk situasi ini , model fase - menyelesaikan harus diterapkan .

Asumsi Model

Asumsi yang dibuat dalam STWAVE versi 3.0 adalah:

1.       kemiringan dasar ringan dan refleksi gelombang diabaikan. STWAVE adalah halfplane sebuah Model , yang berarti bahwa energi gelombang dapat merambat hanya dari lepas pantai ke arah perairan dekat pantai yang ( ± 87,5 deg dari sumbu x grid , yang biasanya merupakan perkiraan arah pantai - normal)

2.       Spasial homogen lepas pantai kondisi gelombang . Variasi dalam spektrum gelombang sepanjang batas lepas pantai dari domain pemodelan adalah jarang diketahui , dan untuk domain pada urutan puluhan kilometer , adalah diharapkan akan kecil . Dengan demikian , spektrum masukan di STWAVE adalah konstan sepanjang batas lepas pantai versi masa depan dari model akan memungkinkan variabel masukan.

3.       Steady-state waves, currents, and winds. STWAVE is formulated as a steady-state model. A steady-state formulation reduces computation time and is appropriate for wave conditions that vary more slowly than the time it takes for waves to transit the computational grid. For wave generation, the steady-state assumption means that the winds have remained steady sufficiently long for the waves to attain fetch-limited or fully developed conditions (waves are not limited by the duration of the winds).

4.       Linear refraction and shoaling. STWAVE incorporates only linear wave refraction and shoaling, thus does not represent wave asymmetry. Model accuracy is therefore reduced (wave heights are underestimated) at large Ursell numbers.

5.       Depth-uniform current. The wave-current interaction in the model is based on a current that is constant through the water column. If strong vertical gradients in current occur, their modification of refraction and shoaling is not represented in the model. For most applications, threedimensional current fields are not available.

6.       Bottom friction is neglected. The significance of bottom friction on wave dissipation has been a topic of debate in wave modeling literature. Bottom friction has often been applied as a tuning coefficient to bring model results into alignment with measurements. Although bottom friction is easy to apply in a wave model, determining the proper friction coefficients is difficult. Also, propagation distances in a nearshore model are relatively short (tens of kilometers), so that the cumulative bottom friction dissipation is small. For these reasons, bottom friction is neglected in STWAVE

7.       Linear radiation stress. Radiation stress is calculated based on linear wave theory.