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。     

不规则波作用下的港域波浪条件试验研究

针对数学模型很少能较好地模拟天然海浪的多向性、不规则性的特点,基于港口波浪整体物理模型试验,对不规则波作用下港域内测点的波高扰动系数的分布规律进行研究。结果表明:在绕射作用为主的掩护区域,多向波的绕射性能大于单向波,波浪扰动系数较大;波浪绕射、反射作用均十分强烈的掩护区域,多向不规则波与单向不规则波的扰动系数看不出明显的大小关系。以反射作用为主的掩护良好区域,单向不规则波的扰动系数较多向不规则波的要大,且受反射作用越大的区域,单向波的扰动系数大的越多。在以绕射作用为主的掩护区域,波浪分布对周期的敏感性较差;在以反射作用为主的掩护良好区域,波高分布对周期的敏感性较强。在绕射、反射都较强的情况下有可能单向波作用下的港内波高大于单向波,用单向不规则波来模拟反而是偏安全的。在进行港内波况整体模型试验时需要根据实际的工程条件做出综合考虑来决定波型,必要时要对单向、多向不规则波都要进行试验以确定最佳方案。     

中长周期波作用下斜坡堤稳定性与堤后次生波试验研究

孟加拉湾内的海浪受北印度洋涌浪影响,表现为中长周期为主的混合浪特征,其中平均周期10 s以上所占频率为42%、12 s以上所占频率为15%,波况复杂。针对该海域拟建工程所面临的波浪问题,通过波浪断面物理模型试验,验证了防波堤结构各部位稳定性,测定了堤后次生波传播变化规律,并对设计方案断面进行了优化。越浪水体冲击点位于堤内坡戗台附近,受越堤水流冲击附近块石发生位移,失稳率最高达到3.03%。优化方案调整迎浪侧坡度并增加护面块体和垫层块石重量,特别是降低戗台顶高使淹没水深增加,进而使越堤水体冲击减弱,稳定性得到明显改善。随着越堤后波浪传播距离的增加,次生波波高沿程变化呈现逐步递减趋势,沿程各测点中波周期为15.12 s所对应波高值均比10 s时更大,在低水位时这种现象更为明显。另外,不同波周期对于堤前爬高、越浪量和堤后次生波衰减速率也均有不同程度影响。     

不同因素对潜堤波浪传播的影响

针对波浪穿过梯形潜堤时的波浪形态沿程变化问题,以梯形潜堤为研究对象,通过二维水槽试验,研究梯形潜堤上规则波的传播特征。以比波高为参数分析不同波浪要素(波高、周期和水深等)对波浪传播变形的影响。试验结果表明,其他条件不变时,入射波高越大、波浪周期越小、堤顶淹没水深越小时,波高在潜堤上方衰减越明显。在有足够水深,且波高较小时,波浪对潜堤均有良好的穿透性;波高较大时,波浪在潜堤上部发生破碎,波浪穿过潜堤后波高衰减,此时潜堤的消波作用明显;在波浪不发生破碎情况下,较长周期波浪在潜堤顶部比波高增大,且出现双峰值。     

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。     

茂名港区工程海域波浪特性分析

通过对茂名附近海域不同测波站短期的波浪资料进行统计分析,结果表明:该海域常浪向为ESE—SE向,强浪向为E—S向,大浪主要为台风浪;波浪年平均有效波高不超过1.5 m,年平均波周期在6 s以下,存在平均周期8 s以上的波浪。     

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。     

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。     

基于Delft3D的离岸堤附近波浪与波生流数值模拟

基于Delft3D三维波流耦合模型,模拟了仅波浪作用下出水离岸堤附近的波浪与波生流,与物模试验资料进行了对比,结果表明,Delft3D波流耦合模型能较好模拟波浪在近岸区域的浅水变形、折射、绕射、破碎等物理现象,波高、波生流沿断面的分布与试验结果吻合良好,验证了该模型在波浪传播变形、波生流模拟的可靠性;研究了不同入射角度与不同波高时离岸堤附近波生流的形态,研究表明入射角度增大,沿岸流也随之增大,离岸堤后方环流逐渐向波浪入射方向的下游移动,不同的入射波高条件下,离岸堤附近流态并没有太大变化,波高增大主要引起流速增大。     

长周期波作用下斜坡式防波堤稳定性及施工分析

通过对印度尼西亚adipala斜坡式防波堤波浪断面物理模型试验进行研究,结合长周期波、大波高作用下波浪水流对施工期防波堤冲刷袭击所出现的不同破坏特性,分析长周期波浪波高、波向与不同平面位置防波堤断面间的相互作用,探讨印度洋长周期波浪作用下防波堤施工期稳定性,以寻求此环境条件下的防波堤有效施工模式,以作同类工程借鉴。     

盘锦某人工岛项目设计波要素数值模拟

针对盘锦某人工岛设计波要素的计算问题,采用MIKE21大范围波浪数学模型方法,在现状地形情况下,对工程实施前附近海域的波浪场进行模拟,计算了工程附近水域的重现期深水波要素和设计波要素。结果表明：1)外海波浪传播至工程区域时,工程位置主要受SW向及SSW向波浪作用。2)波高在-10 m等深线内变化相对较大,传播至工程区域波高衰减约50%左右。3)工程区域东西两侧为浅滩区域,波浪发生破碎,波高衰减明显。4)波浪主要沿深槽进入到工程护岸前沿,SSW向波浪的波高略大于SW向波浪。     

青岛港董家口港区防波堤工程防浪效果研究

采用波浪整体物理模型试验方法,依据青岛董家口防波堤工程平面布置情况,针对S、SE和SSE3个浪向,研究港池内波高分布情况,并对防波堤口门宽度及防波堤堤头型式进行优化。通过改变防波堤堤头结构型式、轴线走向、口门宽度等,提出6种对比方案,分别给出了港池内及各泊位处比波高,经过对比分析各防波堤布置方案的防浪效果,得到防浪效果较好的防波堤布置形式。     

强浪条件下半掩护港区波浪场数值模拟

以以色列南部新建Ashdod码头为工程背景,在分析港区自然条件的基础上,利用二维河口与海岸模拟软件MIKE21,建立了基础方案各个施工阶段港内泊稳模型。通过对不同施工阶段下半掩护港区波浪场进行数值模拟分析,掌握了港内波浪场的分布情况,确定港内正常施工时防波堤口门处的容许波浪要素。根据防波堤口门处的波浪统计资料,得到港区不同区域的最大作业波高标准以及港区不同区域不同施工阶段下全年不可作业的天数。研究结果为工期的合理安排和作业窗口的确定提供依据,并提出了科学合理的施工工序建议。     

浅水中质量源造波方法

针对质量源造波过程中源区上方水体高度难以确定的问题提出了改进方法,将源区高度值考虑到源强方程中,避免了造波过程中源区上方水体高度值多次试算带来的不便。该方法弥补了质量源造波方法在水深小于1.5 m的浅水中所造波浪与理论波浪之间差距较大的缺陷,尤其是水平网格步长与源区高度值相比小于10的情况,推广了质量源造波方法在浅水中的应用。文中验证了波高对所造波浪的影响以及时间步长对浅水中所造波浪的影响,得出结论:当波高与水深的比值小于0.2时所造波浪波高与理论值的拟合较好;当时间步长小于0.005 s时所造波浪无明显的上下漂浮现象,波形稳定,符合理论波形要求。     

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。     

沉箱孤立墩式结构整体稳定性一般规律

大型原油码头多采用墩式蝶型布置,一般情况下波浪作用是控制沉箱墩式结构整体稳定性的主要外荷载。作为设计波要素,通常选取最大波高及其对应的波周期或最大波周期及其对应的波高进行结构计算,但经多组波要素对比计算表明,并非最大波高或最大波周期为控制工况。参考数模分析群桩系数随波周期变化的成果,研究了作用于小尺度墩柱上的波浪作用随波周期和波高的变化以及沉箱孤立墩式结构整体稳定性的一般规律。     

马迹山海域风和波浪特征分析

针对马迹山海域风和波浪特征,利用连续一整年的风和波浪资料进行数学统计相关分析,得到马迹山海域风和波浪要素分布特征。结果表明,马迹山海域波浪类型为以风浪为主的混合浪;观测期间最大波高为4.59 m,平均波高在0.20～0.42 m;最大波周期为9.50 s,平均波周期在2.66～3.01 s;马迹山海域全年常风向为NNW向,春、夏季常风向分别为S、SSW向,秋、冬季常风向均为NNW向,马迹山海域全年强风向为NNW向;春、夏季波高与风速的相关性一般,秋、冬季两者的线性关系明显。     

MIKE21软件在滨州港内泊稳研究中的应用

针对海港港区拦沙堤平面主尺度对港内波浪要素（波高、周期等）的影响,通过MIKE21数值模拟的方法,研究渐变式潜堤掩护下的港内泊稳情况,得出不同重现期波浪条件下各计算点的设计波要素。结果表明：浪向与航道走向比较接近时,波浪受航道折射影响较大,航道内比波高明显减小,而两侧比波高增大;浪向与航道的夹角在20°左右时,随着航道与边坡的水深差增大,向航道边坡折射的波能增强;波向与航道夹角42°左右时,航道对波能传播的影响不明显;设计高水位2a一遇波浪作用下,港内泊稳条件较差,且现有方案泊稳不满足规范要求。     

潜堤掩护水域波浪计算方法

采用波浪断面物理模型试验和数学模型耦合的方法,研究了抛石潜堤后方掩护水域的波浪计算方法。潜堤后方掩护水域波高由潜堤越浪后的再生波、潜堤间口门绕射波和小风区浪组成,其主要影响因素有潜堤结构形式、入射波浪要素、风区长度等。采用耦合模型,根据物理模型试验的结果,验证数模计算成果,考虑了越浪波高传递的沿程衰减,波浪相互作用时的能量损耗等因素,通过调整波浪破碎指标和波浪能量耗散参数,直接计算堤前设计波浪要素,计算结果更符合实际,为工程设计提供科学依据。     

长周期波影响下某海港工程码头布置方案比选

针对在长周期波海域码头前期设计阶段如何通过数值模拟改进平面布置、减小影响的问题进行研究。采用WW3海浪模型、MIKE21SW模块以及MIKE21BW模块对长周期波进行较为全面的模拟,并根据实测资料进行验证。模拟步骤可作为长周期波波浪模拟的一般操作流程。为了更好地揭示长周期波对船舶的响应影响,将综合波分离为短波要素（＜30 s）和长波要素（≥30 s）,并将Hs＜0.3 m作为初步判断标准。得出结论：码头布置需扩大掩护范围以阻挡长周期波主浪向,同时尽量缩减口门尺寸以降低长周期波输入能量进而降低港内波高。