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。     

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。     

双色波作用下港池长周期波浪模拟研究

防波堤对长周期波浪的掩护较差，长周期波浪容易直接侵袭港内，恶化港内作业条件。依托物理模型试验结果，基于BW数值模型研究双色波作用下港池长周期波浪产生机制。对BW数值模型进行验证，模型与试验结果吻合良好。在频率分别为f₁和f₂的双色波作用下，波浪间发生非线性作用产生Δf、2f₁-f₂、2f₂-f₁、2f₁、f₁+f₂、2f₂等频率的波浪，当产生的长周期波浪Δf与港口自振频率趋于一致时，长周期波浪波高被港池捕捉发生共振而放大。随着双色波入射波高、调谐率的增加，波浪之间的非线性作用增强，长周期波高显著增大。     

防波堤波浪透射系数现场观测及透射系数公式的验证

长周期波是影响港口工程结构设计的一个重要因素。其波浪特征不同于一般风浪及短周期波,波长较长,具有极强的穿越可透浪防波堤的能力,影响港内波况,而实测防波堤透射系数的方法少有人研究。文章针对港内波浪成分复杂的特点,利用方向谱区分不同方向波浪的特点,提出了一种现场实测防波堤波浪透射系数的方法,并基于现场实测结果验证了试验所得防波堤的透射系数计算公式。     

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。     

双峰谱波浪诱发细长港低频振荡的物理试验研究

针对低频波浪诱发港池振荡问题,通过物理模型试验研究了双峰谱中低频谱峰(fp1)和低频谱有效波高(Hs1)的变化对诱发细长港池低频振荡的影响。结果表明:1) fp1越接近港池第1共振频率,港内低频波浪响应越剧烈,通过fp1放大因子曲线可以准确识别港池的第1共振频率;同时Hs1的变化主要影响第1共振模态的波浪响应。2)基于平方小波二阶相关谱对港内波浪的非线性分析发现,fp1越接近港池第1共振频率或Hs1逐渐增大,港内波浪非线性相互作用均会明显增强。该研究结果对于涌浪和风浪长期共存的海域港口建设起到良好的指导作用。     

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。     

大连大窑湾港湾振荡数值模拟研究

采用Boussinesq数值波浪模型,模拟得到大窑湾不同水域的固有频率。模拟了不规则波入射时全湾水面响应状况,结果表明:谱峰周期较小的不规则波入射大窑湾港内,经过一定长的时间,波能会在局部地区发生高频到低频的传递,从而诱发局部低频波动。外海波浪入射不会导致全湾水域整体振荡,但湾底及南岸小港池易发生局部水体振荡。采用减小边界反射系数的措施,可有效降低局部水域的波动幅度。     

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。     

大型挖入式布局的港池设计波要素推算方法

我国沿海发达地区尚未开发的天然建港岸线资源所剩不多,近年来在沿海可以利用的地区已建设或规划多个大型挖入式布局港池。挖入式布局的港池因具有充分利用岸线、掩护条件优越、便于管理等特点,在国内外应用较广。港池设计波要素是码头设计过程中的重要研究参数之一,而目前主流的商业软件MIKE 21 SW波浪模型、MIKE 21 BW波浪模型在对大范围港池的港内波浪场进行计算时各有欠缺。以横沙大型港池为例,比较几种不同波浪推算方法的计算结果,提出了结合MIKE 21 SW、MIKE 21 BW两种波浪模型进行叠加的推算方法。     

通州湾港区一港池回淤对策

通州湾港区一港池建在辐射沙洲南缘腰沙高滩上,港池航道开挖后的回淤问题是工程设计关注的焦点.设计时通过研究工程海域潮流、波浪、泥沙、底质等自然特征,分析影响回淤的主要因素,从挡沙堤平面布置、备淤深度确定、维护疏浚、船舶吃水控制等方面提出一系列针对性措施.研究认为:通州湾港区一港池建在粉砂质浅滩上,港池航道开挖必会出现回淤...     

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。     

港池开挖对护岸工程影响试验研究

通过物理模型试验,研究港池开挖前后波高分布变化及对护岸工程的影响.结果表明,港池开挖对护岸前设计波浪要素影响很小,对扭王字护面块体稳定、防浪胸墙稳定、越浪量和堤后冲刷影响也较小,对护底块石稳定有一定影响,但不是引起护岸破坏的原因.     

威海船厂港域泊稳试验研究与数值模拟

针对威海船厂搬迁工程进行了港域波高物理模型试验研究。试验表明在2 a一遇波浪条件下大多数泊位满足泊稳要求,个别泊位不满足要求但相差不大。采用MIKE21-BW模型,考虑波浪的反射、绕射、破碎等物理现象建立近岸波浪数学模型,对港域单向不规则波传播变形过程进行数值模拟,将数值计算结果与试验结果进行比较。二者在港池外有效波高最大差值为0.29 m,港池内最大差值为0.1 m,吻合度较高,表明BW模型可用于威海船厂近岸波浪传播变形与泊稳计算。     

基于系统仿真的港池宽度对港口服务水平的影响

沿海港区规模化及船舶大型化趋势对港口服务水平提出了更高要求,水域尺度是影响港口服务水平的重要因素之一。在分析不同港池宽度的沿海港区船舶进出港作业流程的基础上,利用Anylogic仿真平台构建船舶进出港作业系统仿真模型,研究港池宽度对港口服务水平的影响。仿真模拟宽、窄、中3种港池宽度下的船舶进出港作业系统的结果表明:较窄港池、中港池水域面积增加25%,可提升港口服务水平达36%;宽港池水域面积增加48%,港口服务水平可提升90%。     

港池内中长周期波浪作用下船舶系缆动力响应

针对港池内船舶装卸作业的安全与稳定问题,采用基于势流理论的面元法分析程序AQWA,分析得到船舶与码头结构耦合作用下的14 000 TEU集装箱船动力响应幅值算子。在此基础上,进一步采用码头泊位前的真实波浪条件,得到14 000 TEU集装箱船在设计系缆方式下的船舶运动量响应和缆绳受力响应。结果表明,14 000 TEU集装箱船横摇周期较大,与港池内存在的中长期波(12～18 s)不相匹配,不易引起船舶较大幅度的动力响应;计算分析结果与系泊物理模型试验所得到的结果相吻合,说明所采用的计算原理与分析模型较为可靠,具有较强的工程实际应用价值。     

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。     

环抱式港池水体交换与改善措施研究*

环抱式港池既有防浪挡沙的优势,也有港区内外水体交换不畅的不足.以规划中的连云港港徐圩港区为例,利用对流扩散模型,模拟计算潮流作用下环抱式港池水体半交换周期,研究探讨改善港池水质的工程措施及其效果.研究结果表明:水动力条件是影响港池水体半交换周期的主要因素,包括作用的潮型和港池位置;工程措施的效果取决于其对水动力条件的改善程度和水体交换量的大小.     

基于改善水体交换能力的环抱式长港池布置优化

针对单口门环抱式长港池水体交换不畅的问题,以大连港太平湾港区为例,提出开辟港池底部与外海水体交换通道的布置方案.利用平面二维水动力及水体交换模型,研究港池底部通道不同开口宽度和底高程对水体交换能力的影响.结果表明:港池底部通道开口后,港池水体交换能力可以提高30％以上,而通道底高程影响较小.研究成果对于环抱式长港池规划...