NUMERICAL MODELING OF DIFFRACTION THROUGH A BREAKWATER GAP

بررسي كارايي مدل SWAN در شبيه سازي پراش امواج عبوري از دهانه موج شكن

پراش امواج از جمله فرآيندهاي مهم در مهندسي دريا است. تا كنون مدل هاي متعددي جهت شبيه سازي اين پديده ارايه شده است. مدل SWAN يكي از مدل هاي عددي طيفي نسل سوم است كه قابليت شبيه سازي پديده پراش را در نسخه‌هاي اخير خود افزوده است. اين شبيه سازي بر مبناي معادلات شيب – افت براي پراش و پيچش امواج، با صرفنظر از اطلاعات فاز موج صورت مي‌گيرد. هدف مقاله بررسي كارايي اين مدل عددي است. براي اين منظور، انتشار امواج نامنظم تك‌جهته و چند‌جهته از دهانه موج شكن شبيه سازي شده است. همچنين وابستگي مقادير ضريب پراش (Kd) نسبت به مشخصات موج وارده بررسي گرديده است. اين مشخصات شامل پارامتر انتشار جهت دار (S) و ضريب افزايش پيك (?) مربوط به طيف JONSWAP و زاويه موج وارده مي‌باشند. همچنين مدل براي دو طول مختلف دهانه موج شكن ارزيابي شده است. در اين مطالعات يك سري داده آزمايشگاهي براي بررسي عملكرد مدل مورد استفاده قرار گرفته است. مقايسه بين نتايج آزمايشگاهي و نتايج شبيه سازي شده تطابق خوبي را نشان داده است. شاخص پراكندگي براي محاسبه Kd برابر 25% و پارامتر Bias معادل 05/0- مي‌باشد كه نشان مي‌دهد مدل در بيشتر موارد نتايج را خوب و كمي پايين دست برآورد مي‌كند. همچنين نتايج نشان داده است كه پارامتر انتشار جهت دار نسبت به ضريب افزايش پيك تاثير بيشتري بر مقادير ضرايب پراش دارد.

Wave diffraction is a very important phenomenon in marine engineering and several models have been developed for its simulation. The new version of SWAN, a third generation spectral model, includes an approximation to wave diffraction. The approximation is based on the mild-slope equation for refraction and diffraction, omitting phase information. The objective this paper is to evaluate the performance of a numerical model. To do so, the propagation of unidirectional and multi-directional irregular waves through a breakwater gap is simulated to validate the model. It is desired to evaluate the dependence of the diffraction coefficient (Kd) and incident wave parameters. Wave parameters are directional spreading parameter (S) and peak enhancement factor (?) of JONSWAP wave spectrum and direction of incident wave. The model is also tested using two different lengths of breakwater gap. A laboratory data set is used for the evaluation of SWAN. The comparison shows a good agreement between the model outputs and the experimental data. The average scatter index is about 5% for Kd and The average of Bias parameter is about -0.05. This shows that the model, in most cases slightly under estimates the diffracted wave height. It is also found that the wave directional spreading parameter is more effective compared to the peak enhancement factor on the wave diffraction. The calculated results indicate that, this numerical model is applicable to the real engineering problems.