深水航道对波浪传播影响规律的研究

航道对波浪的作用已经成为深水港建设的关键技术,本文就航道对波浪传播的影响规律进行了广泛的探讨。根据物理模型和数学模型的试验结果,分别阐述了航道水深、航道边坡坡度、航道宽度、海僬坡度以及波浪入射角对波浪传播变形的影响。文中还就临界入射角在工程中的意义、截短航道进行模型试验的可行性以及最大波高与水深比等进行了分析与论证。研究成果对港口及航道工程的规划设计具有指导意义。     

斜坡型潜导堤波浪力特性的数值研究

为研究各水位期不同波高作用条件下,斜坡型潜堤所受波浪力的特性,基于某潜导堤工程设计与物理模型资料,采用FLUENT软件建立二维波浪数值水槽,用物理模型试验数据验证模型的可靠性,对不同淹没水深和波高下斜坡型潜导堤所受波浪力进行数值计算,分析波浪力与相对波高、相对淹没水深之间的关系,结合其他形式潜堤波浪力的经验计算公式拟合得出该斜坡型潜导堤堤顶面最大波浪力计算公式。结果表明:波浪力大小受相对波高、相对淹没水深的影响较为显著,其影响机理与波浪场流体运动特征相关;相对于波高的变化,波浪力对淹没水深的变化更为敏感,且波浪力在不同的淹没水深区间和不同的作用位置均呈现出不同的变化规律。     

航道尺度对波高分布的影响

港口建设中进港航道的开挖对于波浪的传播有重要的影响。根据物理模型试验的结果,对波浪在航道区域的传播规律进行探讨,分别阐述波浪入射角、航道水深、航道宽度对波浪传播变形的影响。当波浪小角度入射时,航道中心比波高随着传播距离的增长而减小,在两侧边滩形成较大波高带。波浪人射角度较大时,易在航道迎浪侧产生波能集中,在背浪侧波高减小。此外,航道水深增大使得在一定长度范围内航道的折射作用增强。另一方面,宽深航道对于波浪在航道边坡的折射作用较窄浅航道更为显著。根据试验,同时分析了各航道尺度对港内区域波高分布特征的影响。研究成果对港口航道工程的规划设计具有指导意义。     

航道开挖对波浪传播影响的试验研究

针对航道的开挖对于航道区域波浪传播变形影响较大的问题,基于波浪整体物理模型试验方法,对航道开挖后波浪在航道区域的传播规律进行研究。结果表明:航道迎浪侧最大比波高与波浪入射角度成反比,航道背浪侧的最小比波高与入射角度成正比。波浪小角度入射时,航道对波浪的折射作用较强,航道内波能衰减也较大;当波浪大角度入射时,航道对波浪的折射作用较弱,波浪穿越航道的能力较强,此时航道迎浪侧的比波高与谱峰周期成正比,航道内水深越小,航道对波浪的折射作用越强,迎浪侧的波能集中越大。     

浅水超大型FPSO波浪弯矩设计值与不同水深预报值的比较

针对水深对浅水超大型FPSO波浪诱导载荷的影响,在国际船级社协会(IACS)纵向强度标准的基础上,探讨了不同水深波浪诱导弯矩的长期预报值与波浪弯矩设计值的关系.开发了基于有限水深复合格林函数波浪诱导弯矩数值计算程序模块,对一艘300K DWT FPSO在不同水深海况下的波浪诱导载荷进行了长期预报.研究结果表明,水深对波浪弯矩设计值的影响很大.     

中外航道设计中波浪富裕水深确定方法对比

通过对比国内外航道设计规范中波浪富裕水深的确定方法,系统分析影响波浪富裕水深的主要因素,结合全球波浪要素的分布情况讨论各国方法的适用范围,并通过实例计算对波浪要素的影响进行对比分析。结果表明,各国规范大多以波高、船浪夹角、波周期为自变量来确定波浪富裕水深,波浪富裕水深与波高成正比,最不利船浪夹角通常是90°或45°左右,波浪富裕水深通常会随波浪周期的增大而增大,当船舶固有周期接近遭遇波浪周期时有极大值。     

基于缓坡方程在岛礁地形上波浪破碎的模拟研究

波浪从深海传至近岸岛礁时,一般需要经过落差较大的礁坪边缘,水深急剧变化,导致波浪在传播过程中发生破碎,因此准确模拟波浪的破碎过程以及破碎后的波高大小,对于岛礁海岸工程建设具有重要的意义。缓坡方程是描述近岸波浪传播变形较好的数值模型之一,文章在采用自适应有限元求解缓坡方程所建立的数值计算模型的基础上,引入描述波浪破碎的模型,建立可以描述波浪破碎影响的近岸波浪数值模型。基于二维岛礁地形上的波浪实验,比较分析了4种不同的波浪破碎能量损失因子,给出了适合于岛礁地形条件下波浪传播破碎模拟的模型。     

基于波浪数学模型的航道对波浪传播规律影响分析

针对波浪传播规律与航道相互关系的问题，基于波浪数学模型，研究波浪入射角和航道的网格边长对波浪传播规律的影响。结果表明，航道疏浚后，当波浪入射角为15°时，航道迎浪侧与背浪侧之间波高最大变化率可达6.6%，且航道最小网格边长相对于航道边坡宽度为0.12时，航道边坡可以较为准确地模拟出来，此时数值模拟的时间较短。     

分层海模式中内波对潜体的作用力

以近似潜艇的细长回转体为模型,在线性分层海模式的不同水深和模态中,利用边界元方法计算了内波对潜体的一阶垂荡波浪力和一阶纵摇波浪力矩。结果表明:潜体受到内波荷载的数值与入射波的频率和模态数以及其所处的水深有关。     

巢湖风浪特征及泥沙运动对口门航道淤积的影响*

针对引江济淮工程巢湖口门航道的整治工程问题,通过MIKE3软件建立巢湖波浪泥沙三维数值模型,结合巢湖湖流、波浪及泥沙的现场观测资料,对巢湖风浪特征及泥沙运动对口门航道淤积的影响进行研究。着重分析巢湖湖区的风浪特性及白石天河口门与马尾河航道风速与波高的响应关系、有效波高与底部剪切应力的响应关系,并探讨与分析波浪湖流作用下巢湖泥沙输移对湖区口门航道的影响。结果表明,巢湖波浪特性与其风况条件密切相关,其近岸泥沙主要以“波浪掀沙、水流输沙”的形式运动,将对巢湖口门航道的淤积产生直接影响。     

海港工程疏浚对波浪传播的影响

针对海港工程疏浚边界处大角度入射波浪的显著折射和类似"全反射"现象,及其可能对航道、防波堤及港内不同位置产生的不利影响,采用Boussinesq方程建立典型数学模型,并对相关控制性试验要素进行无量纲处理,试验得出不同条件下的波浪场分布及各要素的影响规律。结果显示,各类影响要素中,入射波高-水深比、海底坡度、入射角对最大波高值及波能聚集位置的影响相对显著。     

坡度对波浪统计特征的影响

为了明确坡度对不同波浪统计特征的影响,利用数值模型对波浪在不同坡度斜坡上的传播进行模拟,分析波浪的非线性参数和波高分布等,比较不同坡度下波浪的传播特性。结果表明,在相同条件下,随着波浪在斜坡地形上传播,波高会随着水深的变浅逐渐增大;坡度对于波浪的波高分布具有较大影响,当坡度较大时,波浪传播至斜坡较浅水深时的波高分布接近瑞利分布,当坡度逐渐减小时,相同波高的发生概率逐渐减小;而Ursell参数则不会随着坡度的变化有明显的变化。     

不规则波在斜坡地形破碎区波高分布的数值试验研究

在近岸浅水波浪分布的研究中,格鲁霍夫斯基给出适用于深水波至破碎波的整个浅水域(相对水深η>2)的波高经验分布公式,但该式在波浪发生破碎后的适用性研究欠缺。基于FLOW-3D软件对深水不规则波传播到斜坡地形上波浪发生破碎进行模拟,验证波高沿程分布与试验值的一致性,并模拟在130斜坡地形条件下波浪从有限水深传播到近岸破碎区的沿程波高分布变化。结果表明,在该坡度相对水深η<2.75情况下,格鲁霍夫斯基经验分布公式出现较大误差,不再适用;破碎区各累积率波高与平均波高的比值随相对水深变小呈递减趋势,经验公式值与之相比,总体上呈现出大波偏大、小波偏小的情况。     

近岸波浪变形数值模型的比较研究

外海深水区的波浪传播到近岸浅水区时,受到岛屿、地形与建筑物等影响,发生折射、绕射、反射和破碎等一系列变形。准确计算近岸与港内波浪分布,成为港口与海岸工程研究的重要课题。文章在总结波浪数值模拟发展现状的基础上,对目前常用的基于椭圆型缓坡方程的CGWAVE模型、基于Boussinesq方程的MIKE21-BW模型和基于动谱平衡方程的SWAN模型进行了比较研究。     

规则波作用下斜坡堤越浪量的数值模拟

台风过境产生极端波浪造成斜坡式海堤越浪,现有计算越浪量的经验公式都存在适用性的问题.为探求台风天气下舟山区域斜坡堤越浪量计算公式,基于VOF方法,对Navier-Stokes方程和k-ε方程进行求解,建立速度边界造波和阻尼消波的数值波浪水槽.在水槽中建立斜坡堤模型,通过改变影响越浪量的相关因素,模拟台风浪条件下规则波作...     

人工沙滩在堤后次生波作用下的稳定性试验

基于波浪泥沙物理模型,考虑不同水位条件、不同重现期的波浪作用以及复坡和单坡2种不同坡度的沙滩坡面,对斯里兰卡科伦坡港口人工沙滩的冲淤情况及稳定性进行试验研究。结果表明,在次生波作用下,沙滩出现了不同程度的冲刷,沙滩剖面出现冲刷的主要部位一般位于水面线以下的波浪破碎带内,但当波浪条件增大时,人工沙滩剖面在水面线以上也呈普遍冲刷状态。在试验工况范围内,外海水位越高,波高、周期越大,防波堤堤后的次生波越大,所造成的沙滩剖面变形越大,冲刷深度越大。复坡和单坡2种不同坡度方案滩面泥沙在次生波作用下的冲淤部位基本相似,剖面稳定性相当。     

航道引起波能集中现象的试验研究

通过 1 :30比尺的整体物理模型试验 ,研究了深水航道对斜向入射波浪传播的影响。得出了在某些情况下 ,由于航道折射引起波能集中 ,可以在航道边坡附近出现最大波高水深比 (Hmax/d)大于 1 0的情况。简单分析了产生这一物理现象的原因 ,对波浪在浅水中的“极限波高”有了一些新的认识。     

作业水深对浮式半潜平台波浪砰击的影响

结合模型试验,基于数值重构和外推的计算模型,采用时域全耦合分析方法,对浮式半潜平台全尺寸锚泊系统以及风、浪、流载荷的联合作用进行模拟,针对动力辅助锚泊定位平台与锚泊定位平台在不同作业水深下的波浪砰击进行对比研究。研究结果表明：浮式半潜平台关注点处波浪砰击次数受作业水深的影响敏感。平台在同等环境工况下,关注点处负气隙以及波浪砰击次数随着作业水深的增加而加剧。动力辅助锚泊定位平台较之于锚泊定位平台的随动性更好,可有效减小平台与水质点的相对运动,作业水深变化引起的动力辅助锚泊定位平台同一关注点的砰击次数、气隙变化以及改善幅值明显优于锚泊定位平台。在平台设计过程中,作业水深对平台气隙和波浪砰击的影响应引起重视。     

透浪建筑物掩护水域波浪数值模拟研究

为了研究透浪水工结构掩护水域的波浪条件,采用MIKE21系列软件的BW模块及SWAN模型对假定工况下的波 浪传播进行了模拟。通过2组数值模拟结果与整体波浪物理模型试验结果的对比,比较了2种数值方法模拟掩护水域波浪条 件的可行性及适用性,然后采用SWAN模型模拟了12级风条件下潜堤掩护水域的风浪场,取得了较好的效果。