第3章　Hydro MPM2D_SWAN数学模型原理及应用

在工程应用中，近岸海浪计算的模型主要有如下三类：第一类是基于Boussinesq方程的计算模型，它是直接描述海浪波动过程水质点运动的模型；第二类是基于缓坡方程的计算模型，它基于海浪要素在海浪周期和波长的时空尺度上缓变的事实，描述海浪波动能量、波高、波长、频率等要素的变化；第三类计算模型基于波作用量守恒方程，主要应用于深海和陆架海的风浪计算，通过引入浅水作用项，在近岸较大范围波浪计算中也具有很大优势。

波作用量守恒方程，基于能量平衡理论，能有效简化海岸波浪场的动力作用过程，通过在方程中加入源项能综合考虑各种复杂的物理过程，能广泛应用于大范围海域的风浪成长演变模拟。波作用量守恒的研究主要集中在物理源项的改进和研究，波作用量守恒方程的发展经历了第一代、第二代，现在已经发展到了第三代。第一代模型的源项只考虑了风能输入和大气耗散，由于理论的不完善，只能应用于较简单的地形和气象条件。相比第一代模型，第二代模型在源项中添加了四组分波相互作用，提高了模型的性能，拓展了应用范围。第三代模型的源项基本上与第二代模型相同，但是在细节方面不同，能更加合理地考虑各种复杂的动力过程。

SWAN属于基于波作用量守恒方程的第三代模型。SWAN由荷兰Delft大学土木工程系开发维护。截至2016年12月，公开源代码的最新版本为SWAN41.10。本章采用SWAN41.10源代码实现基于三角形网格的二维波浪数学模型，并针对波流耦合问题，修改部分SWAN代码，实现非结构三角形、四边形混合网格上二维水流数学模型Hydro MPM2D_FLOW与SWAN模型耦合。