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Numerical modelling of alongshore variability in waves and wave-driven currents during the morphodynamic change of a laboratory beach
Coastal Engineering ( IF 4.2 ) Pub Date : 2021-05-01 , DOI: 10.1016/j.coastaleng.2021.103913
Ramy Y. Marmoush , Ryan P. Mulligan

A non-hydrostatic phase-resolving numerical model (SWASH) is used to investigate the wave-driven nearshore hydrodynamics corresponding to new observations from a three-dimensional physical model in a wave basin. In the physical model, waves from a passing storm are simulated by varying the energy and duration of waves generated by a paddle over time and the beach morphology is surveyed in high spatial-resolution using a 3D laser scanner after each segment of the storm. An oblique incident wave angle introduces spatially variability in wave energy along the beach and results in morphologic differences during the storm, with active transport of beach sand by the wave-driven circulation. SWASH is validated using wave and current observations at each stage of the storm, indicating low root-mean-squared errors between model results and wave measurements, where the high-resolution model is able to predict wave shoaling, breaking and generation of the alongshore current. Model-data agreement is not as high for the velocity, suggesting spatial variability in bottom friction and horizontal mixing, and evolution of the bed in the physical model, could explain the differences. The detailed numerical model results indicate that the alongshore current is generated by wave breaking in the nearshore zone, and it increases in speed across a wider surf zone for increasing wave energy during the storm. This is associated with a bottom shear stress that exceeds the critical bed shear stress, with the potential to initiate motion and transport sediment in agreement with the experimental observations.



中文翻译:

实验室海滩形态动力变化过程中波浪和波浪驱动流沿岸变化的数值模拟

非静水相解析数值模型(SWASH)用于研究与波浪盆地中三维物理模型中新观测值相对应的波浪驱动的近岸水动力。在物理模型中,通过改变桨叶产生的波浪的能量和持续时间来模拟过去风暴的波浪,并在风暴的每个部分之后使用3D激光扫描仪以高空间分辨率对海滩形态进行调查。倾斜的入射波角沿海滩引入波能的空间变化,并在暴风雨期间导致形态差异,通过波浪驱动的环流主动输送海滩沙。SWASH在风暴的每个阶段都使用海浪和当前观测值进行了验证,表示模型结果与波浪测量值之间的均方根误差小,高分辨率模型能够预测波浪浅滩,沿岸洋流的破裂和产生。速度的模型数据一致性不高,表明底部摩擦和水平混合的空间变异性以及物理模型中床层的演化可以解释这些差异。详细的数值模型结果表明,近岸电流是由近岸区域的波浪破碎产生的,并且在风暴期间,它在较宽的冲浪区域中的速度增加,从而增加了波浪能量。这与超过临界床剪应力的底部剪应力有关,与实验观察一致,它具有引发运动和输送沉积物的潜力。高分辨率模型可以预测浅滩的波浪冲刷,破裂和近岸海流的产生。速度的模型数据一致性不高,表明底部摩擦和水平混合的空间变异性以及物理模型中床层的演化可以解释这些差异。详细的数值模型结果表明,近岸电流是由近岸区域的波浪破碎产生的,并且在风暴期间,它在较宽的冲浪区域中的速度增加,从而增加了波浪能量。这与超过临界床剪应力的底部剪应力有关,与实验观察一致,它具有引发运动和输送沉积物的潜力。高分辨率模型可以预测浅滩的波浪冲刷,破裂和近岸海流的产生。速度的模型数据一致性不高,表明底部摩擦和水平混合的空间变异性以及物理模型中床层的演化可以解释这些差异。详细的数值模型结果表明,近岸电流是由近岸区域的波浪破碎产生的,并且在风暴期间,它在较宽的冲浪区域中的速度会增加,从而增加了波浪能量。这与超过临界床剪应力的底部剪应力有关,与实验观察一致,它具有引发运动和输送沉积物的潜力。速度的模型数据一致性不高,表明底部摩擦和水平混合的空间变异性以及物理模型中床层的演化可以解释这些差异。详细的数值模型结果表明,近岸电流是由近岸区域的波浪破碎产生的,并且在风暴期间,它在较宽的冲浪区域中的速度增加,从而增加了波浪能量。这与超过临界床剪应力的底部剪应力有关,与实验观察一致,它具有引发运动和输送沉积物的潜力。速度的模型数据一致性不高,表明底部摩擦和水平混合的空间变异性以及物理模型中床层的演化可以解释这些差异。详细的数值模型结果表明,近岸电流是由近岸区域的波浪破碎产生的,并且在风暴期间,它在较宽的冲浪区域中的速度增加,从而增加了波浪能量。这与超过临界床剪应力的底部剪应力有关,与实验观察一致,它具有引发运动和输送沉积物的潜力。详细的数值模型结果表明,近岸电流是由近岸区域的波浪破碎产生的,并且在风暴期间,它在较宽的冲浪区域中的速度会增加,从而增加了波浪能量。这与超过临界床剪应力的底部剪应力有关,与实验观察一致,它具有引发运动和输送沉积物的潜力。详细的数值模型结果表明,近岸电流是由近岸区域的波浪破碎产生的,并且在风暴期间,它在较宽的冲浪区域中的速度增加,从而增加了波浪能量。这与超过临界床剪应力的底部剪应力有关,与实验观察一致,它具有引发运动和输送沉积物的潜力。

更新日期:2021-05-06
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