(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111491445.0 (22)申请日 2021.12.08 (71)申请人 东南大学 地址 210018 江苏省南京市玄武区四牌楼 2 号 (72)发明人 殷锴　徐宿东　郝建新　龚尚鹏　 刘春雨　刘佰文　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 张鹏 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G01M 10/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于植被波浪耦合模型的柔性植被消 浪模拟方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于植被波浪耦合模型 的柔性植被消浪模拟方法， 属于海岸生态防护技 术领域。 它包括如下步骤： S10、 基于柔性植被动 力模型， 构建柔性植被波能耗散模型； S20、 基于 柔性植被波能耗散模型， 构建柔性植被动力模型 与XBeach相位平均波浪模型的耦 合模型； S30、 构 建耦合模型中植被拖曳力系数的计算模型； S40、 基于步骤S30计算模型计算的植被拖曳力系数及 步骤S20的耦合模型， 模拟分析不同波浪与植被 特征条件下的柔性植被消浪。 本发 明弥补了现有 XBeach波浪模型在模拟柔性植被消浪方面的不 足， 拓宽了XBeach波浪模型应用范围， 完善了海 岸植被消浪的模拟理论及方法， 丰富了海岸动力 学中波浪传播变形的基础理论体系， 并可为海岸 生态植被护岸的工程设计提供 科学依据。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 114330157 A 2022.04.12 CN 114330157 A 1.一种基于植被波浪耦合模型的柔 性植被消浪模拟方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S10、 基于柔 性植被动力模型， 构建柔 性植被波能耗散模型； S20、 基于柔性植被波能耗散模型， 构 建柔性植被动力 模型与XB each相位平均波浪模型 的耦合模型； S30、 构建耦合模型中植被拖曳力系数的计算模型； S40、 基于步骤S30计算模型计算的植被拖曳力系数及步骤S20的耦合模型， 模拟分析不 同波浪与植被特 征条件下的柔 性植被消浪。 2.根据权利要求1所述的一种基于植被波浪耦合模型的柔性植被消浪模拟方法， 其特 征在于， 步骤S10具体如下： S11、 基于柔性植被动力模型计算波浪作用下单根柔性淹没植被运动与受力时间序列， 采用如下控制方程， fB＝( ρ‑ρv)gV1， 其中， θ为植被局部弯曲角， s为植被与坐标原点沿植被轴线方向距离， 为植被水平加 速度， 为植被垂直加速度， E为植被弹性模量， I为惯性矩， ρv为植被材料密度， V1为单位长 度植被的排水体积， FT为垂直于横截面的拉力， fB为净浮力， fD为拖曳力， fF为摩擦力， fIx为 水平惯性力， fIz为垂直惯性力， ρ 为水密度， g为重力加速度， bv为植被宽度， CD为植被拖曳力 系数， Cf为植被摩擦力系数， Cm为植被附加质量系数， V2为与附加质量相关体积， uw为波浪水 质点水平速度， ww为波浪水质点垂向速度， 为波浪水质点水平加速度， 为波浪水质点 垂向加速度， 为植被水平加速度， 为植被垂直加速度； S12、 根据步骤S1 1的计算结果， 构建柔 性植被波能耗散模型， 其中， Dv为单位水平面积上沿水深平均 的波能耗散时均速率， T为波周期， lv为植被长 度， Nv为植被空间分布密度。 3.根据权利要求2所述的一种基于植被波浪耦合模型的柔性植被消浪模拟方法， 其特 征在于， 步骤S20的耦合模型为： 其中， A＝Ew/σ， Ew为每个方向单元的波能密度， σ 为角频率， cgx为波群速度、 角频率和波 群速度根据线性色散方程求解， Dw为波浪破碎引起的能量耗散， Df为底部摩擦力引起的能量 耗散， Dv为步骤S12获得。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114330157 A 24.根据权利要求3所述的一种基于植被波浪耦合模型的柔性植被消浪模拟方法， 其特 征在于， 步骤S3 0具体为： S31、 构建植被拖曳力系数CD与KC数的关系式， CD＝ δ +( κ /KC)γ， 其中， δ、 κ 及γ均为需要确定的参数； S32、 收集整理柔性植被消浪水槽物模实验实测数据， 结合步骤S20的耦合模型， 计算植 被拖曳力系数； S33、 根据 步骤S32获取的植被拖曳力系数， 采用最小二乘法确定步骤S31中关系式的各 需要确定的参数， 得到植被拖曳力系数的计算模型。 5.根据权利要求4所述的一种基于植被波浪耦合模型的柔性植被消浪模拟方法， 其特 征在于， 步骤S40具体为： S41、 在给定不同波浪与植被特征参数条件时， 根据步骤S30的计算模型计算植被拖曳 力系数； S42、 根据步骤S41计算的植被拖曳力系数， 基于H/gT2值及d/gT2值， 选取适用波浪理论， 并计算流场驱动柔 性植被动力模型及波能耗散项， 其中， H为波高， d为水深， T为波周期； S43、 将步骤S42的计算结果带入步骤S20的耦合模型进行计算， 模型分析不同波浪与 植 被特征条件下的柔 性植被消浪。 6.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于： 该程序被处理器执 行时实现如权利要求1～5中任一项所述的基于植被波浪耦合模型 的柔性植被消浪模拟方 法中的步骤。 7.一种计算机设备， 包括存储器、 处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计 算机程序， 其特征在于， 所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～5中任一项所述的 基于植被波浪耦合模型的柔 性植被消浪模拟方法中的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114330157 A 3