针对海洋牧场建设日益活跃,而通常其所处海洋环境波浪条件恶劣,海洋牧场结构中很多构件可以简化,如简化成水平柱、直立柱或斜向柱等等。处于海洋水面附近的牧场结构物受波浪作用更加剧烈。在水面附近,波浪与结构物相互作用现象复杂,研究不多。本文通过波浪与结构物相互作用的数值模型,研究简化过的水平圆柱结构物所受波浪力特性,对海洋牧场设计和实施给出科学指导。首先对数值模型中所用的波浪理论进行了研究,其中包括线性波浪理论、非线性波浪理论以及极端波模型和表述方法的研究等等。并对目前研究热点—极端波表述方法,采用恒定陡度谱方法,研究了其描述的极端波形的特征。接着研究了数值波浪模型的边界条件设置、网格收敛、线性波与非线性波模拟、以及非线性波与水平固定圆柱相互作用的模拟验证,确定了能够精确模拟波浪与水平圆柱相互作用研究的相对网格尺度。再者,采用本文数值模拟技术,研究了海洋牧场中能够简化为水平柱体情况的、波浪与水平柱相互作用的规律。其中包括波高大小、波浪周期、淹没水深、柱径等对水平波浪力和垂向波浪力的影响。最后,指出了未来需要进行的工作和继续深化的方向,为相关工作者或后续研究者提供指导。研究结果表明,1)在不考虑波浪破碎的情况下,利用恒定陡度方式构建极端波的方法,无论高频和低频范围,当波浪频率范围中值f_c较小时最高波面峰值随水深增大显著增大;当f_c较大时,最高波面峰值随水深增大不明显;同一水深情况下,f_c越小,最高波面峰值越大。恒定陡度Ga越大,最大波面峰值越大。最高波面峰值与次高波面峰值的比的变化与水深和Ga无关;与波浪频率范围区间值比波浪频率范围中值(35)f/f _c的规律显著,当(35)f/f _c<0.81或(35)f/f _c>0.94时,最高波面峰值与次高波面峰值的比值随(35)f/f _c的增大而增大,当0.81<(35)f/f _c<0.94时,最高波面峰值与次高波面峰值的比值随(35)f/f _c的增大而减小。2)网格相对大小在圆柱半径比最小空间步长R/Δx=10时,波浪与水平柱相互作用数值模拟结果达到网格收敛。当波高越大时,水平柱受到的作用力峰值就越大、谷值也越大,波高越小则水平柱受到的作用力峰值越小;当波浪周期越短时水平柱所受的作用力峰值越大,当波浪周期越长则水平柱所受的作用力峰值越小;而水深较大时,水深对波浪与水平柱受到的作用力的影响基本可以忽略;当圆柱入水深度在-0.25m—0.25m之间时,其水平波浪力峰值比较大;当柱径变大时,水平波浪力和垂直波浪力峰值也会随之变大。上述极端波特征和波浪与水平柱相互作用的研究成果,对海洋牧场中水平柱体类构建的设计具有重要指导意义。