直立码头前沿波高模型及数值模拟

立足港区平面规划布置实际需求,对防波堤掩护下的港域进行波浪物理模型试验。并基于MIKE21-BW模型的数值模拟,研究不规则波以一定角度入射直立式码头后泊位的波高情况。数值模拟及物理模型试验均可考虑波浪由外海传向近岸的绕射、反射及折射等过程。通过上述两种手段对比码头前沿提取的波高数据,结果吻合良好,说明MIKE21-BW模型能够应用于近岸波浪的传播变形及港区波浪条件研究中,为港区的平面布置提供科学的研究依据。     

三亚新机场出运保障基地波浪场数值模拟研究

基于1949~2015年间影响南中国海的883个台风浪过程后报结果、以及南中国海1979~2015(共37年)逐年海浪后报结果,经统计分析,并经与已有研究关于工程周边水域极值波浪条件分析结果的比较,确定了三亚湾外海的深水波浪条件。然后基于波作用量守恒方程数值模拟模型SWAN,采用两重嵌套的计算方案,在考虑波浪折射、绕射、局部风能输入、海底摩阻、非线性波波相互作用以及波浪破碎的影响下,对不同方向和不同重现期的波浪由外海向工程区近岸的传播变形进行了数值计算。在此基础上,采用Boussinesq方程数值模拟模型Mike21BW模型,考虑波浪折射、绕射和反射的综合作用,对不同规划方案港域波浪的传播变形进行了数值计算。给出了工程规划结构前沿的设计波浪要素和港域的泊稳波要素,供设计部门参考使用。     

威海船厂港域波高数值计算*

应用能量平衡方程研究近岸随机波的传播变形是一种简单而实用的方法,其在海洋学以及海岸动力学中得到了广泛的应用。采用考虑绕射作用的能量平衡方程作为计算随机波浪传播变形的控制方程,以此建立的数学模型考虑了波浪的浅化、折射、绕射、反射和破碎。利用该模型对威海船厂港内随机波传播变形进行数值模拟,通过数值计算值与试验值的比较,发现在相同的考虑因素下两者是相当吻合的,说明模型在计算近岸随机波的传播变形时是实用而可靠的。     

港池开挖对施工期波浪条件的影响

在港口建设中,往往需要开挖港池和航道以达到使用要求。而港池和航道开挖将对波浪的传播产生显著影响。文章结合TEMA港物理模型试验,验证BW数值模型的合理性,二者结果吻合良好。分析了模型对潮位、波高和周期的敏感性,并对比分析了施工期港池开挖前后,不同入射波高和周期以及不同开挖深度和宽度下港池和回旋水域波高分布的大小关系,具体结论如下:入射波高、周期和潮位均对计算结果产生影响,且受掩护程度越好的区域对波高和周期的敏感性越强;波浪进入开挖港池后波高持续衰减,越靠近泊位折减幅度越大,因此港池开挖可改善后方泊位施工作业条件;港池开挖深度、宽度、入射波周期和波向角均对港池内波高的折减幅度有影响。     

潍坊港新规划港区波浪与泊稳的数值模拟

针对潍坊港新规划港区的波浪入射及泊稳问题,采用梯级嵌套波浪数值模拟方法,对2 a一遇波浪条件下的潍坊港中、西港区内波浪折绕射进行研究。结果表明,在正对口门入射的ENE及NE向波浪作用下,小口大腹的港区形态有助于削减口门入射至港区腹内的波浪强度,港内码头区大部分水域比波高在0. 3以下;中港区靠近口门两个特征点的波高H4%相对较大,均为0. 86 m,至中港区顶部的比波高迅速削减至0. 2以下;西港区波浪以风浪为主,各特征点的波高H4%介于0. 46～0. 66 m,至西港区顶部的比波高迅速削减至0. 1以下;各泊位均能满足泊稳条件。     

港池长周期波浪振荡试验研究

港池长周期波浪振荡对港内泊稳条件极为不利,严重危害港内船舶的正常停靠与作业。通过物理模型试验,对某港内长周期波浪振荡和放大情况进行研究。结果表明,在短周期波浪作用下,港内发生了明显的长波振荡,5.47 m波高作用下港池长周期波浪波高可达0.4 m,在633、320和200 s附近的长波谱图均有明显峰值。通过港内外波浪能量对比发现,0.008 Hz以下频率港外波浪能量远不及港内波浪,港域内部在320和200 s附近的长波能量最大被放大5倍。研究结果可为类似工程长周期波浪防治提供参考。     

不规则波作用下的泊位长周期波浪试验研究

基于港口波浪整体物理模型试验并将泊位水域的波浪进行长短波分离,对不规则波作用下的泊位水域长周期波高的分布规律进行研究。结果表明:旧防波堤的反射对泊位处的长周期波高影响较大,其反射性能越强,泊位受长波危害越严重,在进行港口规划建设过程中可以通过减少港域原有建筑物的反射性能来减小港内长波;单向不规则波在泊位处的长波波高明显大于多向不规则波,在港口前期建设规划时用单向波来考虑长周期波浪对港内泊稳的影响更偏安全;泊位处的长周期波高随着入射波高、周期的增大而增大且波向的改变对港内的长波有一定的影响,但只当波向变化较大时,长波波高随波向的变化规律才明显。     

基于抛物型缓坡方程的波浪数值模型应用研究

在建立了基于抛物型缓坡方程的波浪变形数值预报模型的基础上,计算了波浪破碎前堤后绕射及浅滩上的折射现象。在计算堤后绕射中,采用了堤上薄膜水的方法。为了消除数值计算结果的高频振荡,在方程中引入耗散界面。浅滩折射的数值结果还与Berkhoff的经典试验结果进行了对比。讨论了摩阻系数对波高的影响。为了将模型运用于破碎区,提出了一种波能衰减模型,分别用Sato的水槽试验资料及实际海域破波区波高实测资料对模型进行了验证。上述计算结果表明,所建立的波浪变形数值模型可以用于近岸波浪变形计算中。     

港池长周期波浪振荡模态研究

在港口的建设中,往往修建防波堤对港域水体进行掩护。然而当外海波浪周期较长时,其掩护效果并不直观,长周期波浪侵入港域易引起港内水体发生强迫振动,港域波高幅值剧烈上升。文章结合某核电港物理模型试验,验证BW数值模型的合理性,二者结果吻合良好。利用白噪声探测了港域的固有频率,并利用微幅波研究了港池长周期波浪振荡的模态。具体结论如下:600～850 s、250～320 s、130～170 s为港池的固有频率,分别对应于港池的第一、第二、第三模态,港域的尺度分别与600～850 s波浪的1/4波长、250～320 s波浪的1/2波长、130～170 s波浪的3/4波长趋于一致。600～850 s对应的长周期波浪振荡幅度最大达到入射波浪振幅的6.6倍。     

复杂水域波浪物理模型与数学模型对比研究

基于MIKE21-BW模块,采用多种概化处理模型,研究了烟台港某工程港内波高分布和波浪传播状况。通过与物理模型进行对比,分析了各概化模型的优缺点,选择较优方案。结果表明:对于整个港池波高分布情况,各方案数学模型模拟结果和物理模型试验结果基本吻合,均能较好反映波高分布趋势及一些较复杂波浪传播变形现象。但其中存在多种波浪组合,同时包括波浪折射、反射、绕射、破碎、爬坡且反射波占主导地位的局部水域,数学模型模拟的波高数值都与物理模型结果相去甚远,说明MIKE21-BW仍不能很好模拟此类复杂波况水域。     

LNG船舶靠泊对护舷的撞击力试验分析

为确保LNG船舶靠泊安全,对浙江LNG接收站工程进行了船舶靠泊物理模型试验。采用牵引船模及直流力矩电机调节速度的方法,模拟了船舶不同靠泊速度和不同偏心距的靠泊方式。试验表明,船舶靠泊角度为5°时,4个护舷受力不均,1#护舷先受力且受力最大;不同偏心距条件下的撞击力没有明显规律,且相差不大;靠泊速度为0.15 m/s条件下,静水靠泊和顶流靠泊时设计护舷型号可满足要求,横浪1.5m时靠泊则撞击力不满足要求。建议尽量减小靠泊角度,使得护舷受力均匀,以减少靠泊时的撞击力。     

重庆乌江某电站大水位差重件码头平面与结构形式探讨

针对重庆乌江某电站重件码头选定港址的地形地貌、水文及地质条件,在长江上游重件码头设计中首次提出了码头平面布置采用"陆域工作平台+起重机安装平台+系靠船墩"的新型布置方式、重大件装卸采用"垂直起吊+360°全回转装卸"的工艺方案和系靠船采用船闸固定式系靠船柱水工结构方案,可实现重庆乌江流域最大水位落差20 m和日变幅达5m停靠船及装卸作业的要求,同时解决了港址后方陆域条件差及最大起重高度达73 m等难题,对后方陆域条件受限制的大水位差内河码头的设计有一定参考价值。     

大型港口潜堤越浪后港内波况研究

采用波浪物理模型和数学模型相结合的方式,研究了大型港口潜堤越浪后港内的波况。基于断面物理模型试验,测定了波浪在潜堤的堤前和越堤后的传播规律,通过数学模型研究了波浪传播到港内的波况。对天津临港工业区的港内波况进行了分析研究,分别对TK-2D的缓坡方程波浪数学模型和MIKE21的BW波浪模型的模拟结果进行对比,结果表明2种波浪数学模型均可模拟潜堤越浪对港内波高的影响,但对于潜堤越浪后次生波的衰减特性模拟均不够准确,有待于进一步研究。     

不同沉箱结构形式防波堤对港内泊稳影响的试验研究

通过对韩国某港北防波堤工程波浪整体物理模型试验研究,分别对比了普通直立式和开孔直立式2种沉箱结构的防波堤对港内泊稳条件的掩护效果。试验采用SSE、SE两个代表波向,采集并分析港内及防波堤周围水域的波高及分布。试验结果表明,采用相同入射波条件时,2种结构防波堤均可对港内形成一定程度的掩护。但由于工程海域波高较大,次生波的出现影响了泊稳条件。两方案相比,开孔沉箱结构的防波堤对拟建港区的掩护效果略好,综合比较最后推荐开孔沉箱结构的防波堤方案。     

越浪水体对堤后靠船墩的冲击试验研究

通过三维的波浪物理模型试验,研究了斜坡堤掩护下的靠船墩受力特性,分析不规则波作用下越浪高度和不同波向对靠船墩波浪力的影响规律。试验结果表明:1)当波浪传播到斜坡堤上时,一部分波浪破碎后越过堤顶直接冲击在靠船墩上,另外一部分波浪则会绕过斜坡堤在堤身后方形成绕射波对靠船墩形成冲击。2)由于波浪垂向作用的冲击特性较强,作用在靠船墩上的垂向波浪力要大于正向波浪力和横向波浪力。3)随着越浪高度增大,作用在靠船墩上的垂向波浪力和正向波浪力增大,横向波浪力则没有明显的增大趋势。同时更大的越浪高度也会导致垂向波浪力与横向波浪力的比值增大。4)当越浪高度较小时,波浪正向入射与斜向入射造成的波浪力相差不大;当越浪高度较大时,斜向入射的波浪会引起靠船墩上更大的波浪力,此时波浪的绕射效应也会增强,正向波浪力与横向波浪力的比值会减小。     

上海罗泾港区二期水中转港池口门宽度模拟试验研究

港池口门宽度取决于进出口船舶大小、船舶操纵性能以及风浪流等对船舶航行的影响程度。文中针对罗泾港区港池布置方案、设计代表船型、风浪流条件,运用船舶操纵模拟器进行模拟试验研究。通过大量的模拟试验,分析了风浪流对船舶操纵的影响,确定了港池口门的合理宽度为300 m。经码头建成以来船舶进出和靠泊检验,证明目前港池口门宽度是合适的。     

极浅水单点系泊FPSO低频响应分析

对单点系泊FPSO在极浅水中波浪作用下的低频响应进行频域数值计算与模型试验研究,水深16.7m,入射波有义波高4.1m.计算结果与试验结果符合良好.试验中的波浪校验结果显示,在不规则波浪谱中出现明显的低频成分.由此产生了一阶低频波浪力,其能量谱是通常二阶波浪力谱的近百倍,导致FPSO在极浅水中所受低频波浪力大大增加,并引起极大幅度的共振纵荡运动响应.极浅水时,低频纵荡运动响应主要是一阶的,二阶成分几乎可以忽略,而且与深水相比,由于阻尼和二阶波浪力同时增加,二阶响应变化不大.低频浅水长波和一阶低频波浪力及其诱导大幅运动响应会给极浅水FPSO和系泊系统设计带来严重影响,在水动力性能预报时必须仔细予以考虑.     

船舶运动量在确定某LNG泊位装卸作业条件中的应用

引入国际通用的以船舶运动量为控制因素来确定码头装卸作业标准的方法,确定北方某开敞式LNG泊位的装卸作业条件.根据现行《液化天然气码头设计规范》和该泊位船舶系靠泊物理模型试验成果,确定该泊位船舶运动量的控制分量为横移量,从而推算出允许船舶装卸作业时的最大横移量,以此横移量作为控制要素,分析允许装卸作业时的全部波浪限制条件在现行《规范》的基础上提出针对该LNG泊位特定的装卸作业标准.     

Investigation of ship waves in a narrow channel

This paper presents a discussion of the characteristics of ship waves in a narrow channel restricted by vertical walls, based on observed data and the results computed by a 2-D model. In the numerical model, the propagation of waves generated by a moving ship is simulated by solving 2-D depth-integrated Boussinesq equations. To get the boundary conditions at the location of the ship, the slender-ship approximation is employed. A field observation was carried out at a straight length of navigation channel. The ships targeted in the observations are two kinds of waterbuses with lengths of 28 and 24 m. The relative depth Froude number for the river current, an appropriate parameter for assessing the influence of the current on ship wave characteristics in a navigation channel, ranged from 0.47 to 0.76. The observed maximum wave height varied between 0.13 and 1.26 m. The maximum wave height of the wave train is sharply increased when the relative depth Froude number exceeds 0.6. The results computed by the present model agree fairly well with the observed data.