波浪是海洋及近岸区域最为活跃、最为重要的环境动力因素之一,因此,对波浪从外海向近岸传播变形的研究是水动力学研究的前沿课题之一。近年来,随着Boussinesq方程研究的进展,Boussinesq类波浪模型在海岸工程中得到广泛的应用。本文对高阶Boussinesq非线性波浪模型进行了研究,内容包括:（1）基于欧拉方程,推导了一组精确到O（μ⁴,ε⁵μ⁴）的高阶Boussinesq方程-BouN4D4（μ=K₀h₀,ε=A₀/h₀分别为表征方程色散性和非线性的参数,k₀,h₀和A₀分别为特征波数,特征水深和特征波幅）。该方程具有以下特征:色散性精确到Padé[4,4],适用于深水波浪传播问题;保留了所有O（μ⁴）阶非线性使方程具有良好的非线性性能,更加适合描述波浪非线性运动;推导过程中采用σ变换处理自由表面以及水底变化使方程适用于复杂地形上波浪传播问题。给出了BouN4D4的两组简化方程BouN2D4和BouN2D2,这两组方程精确到O（μ²）完全非线性,但色散性精度不同,前者为Padé[4,4],后者为Padé[2,2]。对上述三组方程进行了理论分析和对比。建立了基于上述三组方程的高精度数值模型,对规则波跨越潜堤传播和深水波群非线性演化过程进行了数值模拟,通过相互对比三个模型的数值结果,着重考察了方程色散性、非线性在波浪传播过程中的作用,结果表明BouN4D4性能最佳。对方程进行了扩展使其能够考虑波浪破碎和海岸处波浪爬坡问题。将BouN4D4一维模型以及BouN4D4和BouN2D4二维模型用于模拟近岸波浪传播以及波浪破碎问题,计算结果和实验吻合良好,验证了模型的适用性。此外,为提高方程用于Bragg反射问题时的能力,对模型BouN2D4进行了改进并将其用于模拟沙坝地形上波浪的Bragg反射现象,结果表明改进是有效的;（2）上述模型BouN4D4虽然具有较好的非线性性能,但其表达形式较为繁琐,不利于数值实现和实际应用。同时,虽然BouN2D4和BouN2D2较BouN4D4而言表达形式简单,但其控制方程中仍然含有高阶导数项（空间四次、时间一次导数）,给数值实现带来一定困难。为克服上述困难,通过引入缓坡假定推导了三组Boussinesq方程—BouN4P6-1,BouN2P6-1和BouN2P2,它们的色散性和非线性精度分别同BouN4D4,BouN2D4和BouN2D2一致,但由于缓坡假定的引入简化了方程表达形式。其中,BouN4P6通过在六参数Boussinesq方程中引入O（μ⁴）阶非线性项得到,BouN2P6-1和BouN2P2分别通过将六参数Boussinesq方程和二参数Boussinesq方程提高到二阶完全非线性得到。对上述方程进行了理论分析并建立了一维数值模型,通过对比数值结果着重考察了缓坡假定对数值结果的影响;（3）为讨论方程中参数对方程性能的影响,推导了两组Boussinesq方程—BouN2P4和BouN4P4。这两组方程的色散性和非线性量阶分别同模型BouN2P6-1和BouN4P6-1一致,但方程中仅含有四个自由参数,通过理论分析讨论了参数对方程性能的影响;（4）上述模型的非线性性能各不相同,但它们的波幅离散性能都比较低。为解决这一问题,通过在计算速度表达式中引入含待定参数的高阶非线性项,对六参数Boussinesq模型进行了改进,使其非线性性能（尤其是三阶非线性性能）进一步提高;同时,将该方法应用于模型BouN2P4和BouN4P4以提高其非线性性能。理论分析和数值计算结果表明这一改进方法是有效的;（5）上述Boussinesq类方程的色散性精度最高可达精确色散关系的Padé[4,4]阶展开,这限制了模型在更深水域的应用。因此,推导了两组具有更高阶色散性同时表达形式较简单的方程。它们通过首先取水底速度为控制变量和采用缓坡假定,然后引入计算速度推导得到,其色散性可分别精确到Padé[6,6]和Padé[8,8],对这两个方程进行了理论分析;（6）将模型简化至完全非线性浅水方程,建立了基于有限体积法（Finite VolumeMethod,FVM）的高精度数值模型,通过和解析解对比验证了模型的正确性。对规则波在均匀海岸上的破碎过程进行了模拟,数值结果同实验数据吻合良好;（7）上述模型均不能可考虑涡旋存在的情况,因此通过将速度分为势流部分和有旋部分,进行类似BouN4D4的推导,得到一组二维、可以考虑涡旋的高阶Boussinesq方程,对方程进行了理论分析并对涡的确定方法做了初步探讨。