小面积掩护水域波浪物理模型与数学模型对比研究

通过物理模型和数学模型2种研究手段,对印度尼西亚PLTU2 JAWA BARAT 3×350 MW电厂码头工程波浪传播进行对比研究,分析港内外波高和波浪增水引起的水平面的变化。结果表明:对港内波高的分布情况数学模型模拟结果和物理模型试验结果基本吻合,从物理模型试验结果分析得出港内存在水平面的上升情况,MIKE21的BW波浪数学模型不能模拟波浪增水。分析了长周期波引起港内波浪共振的条件,港口的自振周期远远大于试验波要素的周期,故在此波浪作用下不会引起港内的共振。     

抛石堤长周期波浪透浪作用及对码头系泊条件的影响

长周期波浪作用于抛石堤时,部分波能透过石间孔隙,从而影响港内泊稳。结合印尼工程实例,采用波浪断面物理模型试验,对透射系数随周期、波高、波类型等因素的变化规律进行了研究。通过波浪整体系泊物理模型试验,对驳船码头和散货船码头的相应泊稳条件进行了研究。结合试验结果分析了透浪对码头系泊条件的影响。结果表明:抛石堤透射系数随波高的增大而减小,随周期的增大而增大;周期越长,船舶允许作业波高越小;长周期波浪的透浪作用对系泊影响程度大,设计时应纳入考虑。试验结果可为抛石堤后方码头设计提供参考。     

不同平面布置方案对港内波浪影响

结合揭阳港靖海作业区通用码头项目的建设,开展波浪整体物理模型试验,对工程码头及护岸设计波要素,码头上水和港内波高分布进行了测定。根据工程不同平面布置方案中的试验结果,确定最优化的工程总平面布置方案,为港口工程的设计、建设提供了科学依据。同时,简要讨论了工程中航道及港池开挖对波浪传播及港内泊稳的影响。     

大连港太平湾港区波浪物理模型研究

通过波浪整体物理模型试验,对大连港太平湾港区起步工程港内波况和码头上水情况进行测定,并根据试验结果对平面布置进行优化。设计方案在W向波浪作用下,迎浪侧波浪直接穿过进港航道边坡进入港内,波浪在直立码头间发生来回反射,港内波高较大。设计方案在WSW向波浪作用下,迎浪侧航道边坡对波浪的折射现象较W向明显,港内波浪的多次反射现象与W向时基本一致。优化方案一将迎浪侧进港航道边坡开挖,波浪折射到港外,港内波高减小。优化方案二北侧防波堤延长至874 m,对港内的掩护优于优化方案一。优化方案三在优化方案一的基础上,将东侧码头外端1 km码头型式改为高桩码头,在高水位时桩式结构的反射效果未得到充分发挥,低水位时反射效果略明显。     

竖直双挡板桩基码头港内波浪特性试验研究

结合某码头二期工程建设,对竖直双挡板桩基码头结构开展波浪整体与断面物理模型试验,对工程码头、防波堤设计波要素及港内波高分布进行了测定。分析了竖直双挡板桩基码头不同挡板结构(挡板底高程、挡板封闭情况)时的港内波高分布特征,分析了不同工况下港内泊稳条件,并给出了最优化方案;研究了波向对绕射的影响、有效波高比与相对入水深度对透射系数的影响,分析了绕射波、透射波、反射对港内波况的影响。研究表明,《海港水文规范》给出的岛式防波堤堤后不规则波绕射系数整体上小于竖直双挡板桩基码头的绕射波试验值,港域内波高最小的区域位于距离码头中心一倍船宽附近,最后提出了一种港内波高的简化计算方法。     

海丰电厂码头工程港内波浪条件研究

结合华润电力海丰电厂煤码头项目的建设,开展波浪整体物理模型试验,对防波堤、码头及护岸设计波要素, 码头面上水高度和港内波高分布进行了测定。根据工程不同平面布置方案中的试验结果,确定最优化的工程总平面布置方 案,为港口工程的设计、建设提供了科学依据。同时,简要讨论了工程中航道及港池开挖及防波堤建设对波浪传播的影响。     

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。     

玻璃幕墙对游艇码头防波堤消浪性能的影响

海南龙沐湾八爪鱼游艇码头防波堤工程设计方案,通过在堤顶设置玻璃幕墙提高挡浪能力。采用物理模型断面试验,测量不同的幕墙和护面块体组合方案下的堤后波高、越浪量及幕墙所受波浪力。结果表明,新结构有助于提高防波堤挡浪能力,在满足游艇码头对港内波高要求的同时,兼顾了美观性,具有推广应用的价值。     

日照港石臼港区港内泊稳条件优化研究

为提高日照港石臼港区扩建码头工程的港内泊稳条件,根据波浪断面物理模型试验研究分析不同结构码头反射系数的基础上,采用MIKE21-BW模块建立了港区波浪传播数学模型,针对码头不同结构形式和不同平面布置这两个主要因素,模拟了2 a一遇设计高水位条件下港内的波高分布,研究了不同方案组合下的港内泊稳条件。结果表明:采用复合结构断面形式且在条件允许情况下五期码头南移可有效改善港内泊稳条件。     

栾家口和蓬莱东港区波浪特性与掩护水域波况研究

根据龙口、蓬莱海洋站实测波浪资料,分析烟台港栾家口港区和蓬莱东港区的波浪特性,结果显示该海区属于以风浪为主、涌浪为辅的混合浪。利用TK-2D的PEM波浪数学模型模拟工程前波浪,得到工程区设计波要素,栾家口港区的强浪向是偏WNW向,蓬莱东港区的强浪向是偏NE向。利用MIKE21的BW方程波浪数学模型对平面布置方案下港内的波况进行模拟。在掩护水域由于采用直立式码头,波浪发生多次反射,码头前波高较大,为减小港内波高,对方案进行优化,采用高桩等反射率小的码头结构型式,可以消散港内波能,有效减小码头前波高。     

单船港内首尾双锚锚泊允许波高的试验研究

目前我国渔港港内锚地允许波高的规定是参照国外规定按经验确定,缺乏有效的试验支撑。为了验证现行规定的港内锚地允许波高的合理性,以275HP拖网渔船为代表船型进行了单船首尾双锚锚泊的物理模型试验,研究了渔船首尾双锚锚泊系统在不规则波作用下的锚泊力及运动量的情况,分析了波浪入射角度、渔船载况、波高及周期对锚泊力和运动量的影响。实验结果表明,锚泊力在90°横浪作用时最大,随着载重和波高的增大而增大,随着周期的增大而减小。横摇角度同样在90°横浪作用时最大,随着载重的增大而减小,随着波高的增大而增大;当波浪周期接近渔船横摇周期时,横摇角度达到最大,随后随着周期的增大而减小。试验结果得出,在本次试验范围内,此渔船单船首尾双锚锚泊时的允许有效波高建议取为0.7m。研究结果为港内锚泊允许波高的确定以及渔船缆绳的设计提供了有效的支持。     

大型港区港内波浪条件分析研究

以某大型港区工程为实例,通过波浪整体物理模型试验,研究了通过防波堤口门传入港区的波浪条件,并采用数学模型模拟了港内局部小风区成浪的影响。并将两者的结果按照相关方法进行了合成和对比分析。结果表明,对于大型港区,港内局部小风区风成浪对港内码头设计波浪要素和码头泊稳条件都有一定的影响,这是大型港区设计时需要考虑的因素。同时还指出对于防波堤越浪的情况,应考虑越浪产生的堤后次生波对港内码头处波浪条件的影响。     

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。     

新型浮式防波堤水动力特性试验与数值研究

针对一种新型浮式防波堤开展水池物理模型试验,在规则波和不规则波中考察波浪的浪向角、波高和周期对防波堤消波性能的影响。基于CFD软件建立了三维数值模型,取得了与模型试验比较一致的结果,验证了数值方法的可行性。数值和试验结果表明,在不同浪向角下新型防波堤的消波效果不相同,波高变化对消波效果的影响较小,而波浪周期对消波效果影响较大,周期越小,消波效果越好。对于周期不大于6s的波浪,该新型防波堤能达到超过50%的消波效果。该新型防波堤型式和数值计算方法可为后续浮式防波堤设计选型和分析提供参考。     

挡浪板入水深度对桩基透空式防波堤的关键作用

带挡板透空式防波堤是一种新结构形式,它既能实现水体交换又能对港内进行掩护,实现这些功能取决于挡浪板入水深度是否设计合理。通过理论计算,并结合工程波浪数模及物模的试验研究成果进行对比分析,得出挡浪板不同入水深度对港内掩护、波高分布情况及越浪量的影响。结果表明,码头外侧挡浪板入水深度增加,码头后方泊位处波高有所减小且码头结构所受水平力增大、越浪量增大、作业时间减少,对港内掩护效果加强。     

波浪作用下大型开敞式码头系泊船舶系缆力研究

采用理论结合物理模型试验分析,研究大型开敞式码头系泊船舶在波浪作用下的系泊船舶系缆力问题。通过研究系泊船舶系缆力随波高、周期、波浪入射角度以及船舶特性等要素的变化规律,提出船舶系缆力经验公式,最后通过物理模型试验数据分析,确定出系数,给出完整的系泊船舶系缆力经验公式。     

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。     

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。     

基于OpenFOAM的港内波场数值模拟研究*

掌握港内的波高分布特征对港口布局建设意义重大，物理模型制模成本较高、过程较为复杂，相关的数值模拟大多仅考虑了由防波堤口门传播进来的波浪影响，而忽略了越浪作用。针对这些局限性，基于开源软件OpenFOAM，建立环抱形直立式防波堤的三维数值波浪水池，将越浪与不越浪情况下的数值计算结果和物理模型试验结果进行比较，验证数值模型的准确性。结果表明：该模型能够较好地模拟堤顶越浪过程及港内波高分布情况，可用于优化港口布局的进一步研究。