航道对于多向不规则波传播的影响研究

摘要

海上波浪都是多向不规则波，我们往往很难判定不同角度入射或不同方向分布的波浪入射时航道对于波浪传播的影响程度如何。由于航道对波浪的折射效应，会造成航道边缘附近水工建筑物的破坏，港口航道和疏浚工程在设计时必须考虑航道对波浪传播的影响，以减少工程整体布局的失误，避免港区内外建筑物的破坏。航道自身参数的变化也会影响到航道内外波浪的传播，如何综合考虑航道引起的波浪变化对航道内外波浪传播的影响成为航道建设的关键问题。实际上，工程问题中使用规则波或单向不规则波进行研究和模拟并不能完全反映实际情况，在物理试验和数值模拟中考虑多向不规则波方向分布的影响更具有工程意义和实用价值。 之前的研究主要针对特定工程或单向波作用时航道对波浪传播的影响，而本文重点考虑多向不规则波的方向分布的影响。首先通过建立不同情况下的理想化航道地形进行数值模拟，将不同地形下航道对于波浪传播的影响进行对比，并确定采用平底直接开挖航道的地形进行研究；进一步设置不同入射角度的单向波、不同方向分布和波浪周期的多向不规则波进行数值模拟，研究航道对于不同特性的不规则波传播的影响；设置不同航道内外水深比、不同航道宽度、不同航道开挖边坡坡度，研究航道参数对于多向不规则波传播的影响。基于上述不同情况下航道对多向不规则波浪传播产生的影响进行分析并对比，总结出相关规律： （1）多向不规则波传播时，航道对其的影响要明显小于单向不规则波，方向分布集中度越高（方向分布越窄）的多向不规则波在航道的传播过程中折射现象越明显，反之则折射现象减弱。 （2）航道对波浪的折射作用会随着波浪入射角度的增大而增强；当波浪入射角达到一个临界角度时，航道迎浪侧最大比波高值达到峰值，折射现象最为明显，航道对波浪产生折射的区域也会增大，随后航道对波浪的折射现象会减弱。方向分布集中度越高（方向分布越窄）的多向不规则波，折射现象越明显。但是随着方向分布集中度的降低，波能在方向上分布更均匀，航道对波浪的影响也会随之减弱。 （3）航道对于航道内外波浪传播的影响主要来源于航道内外水深改变和波浪入射角度的变化。航道内外水深比越大时，航道对波浪的折射作用越大。 （4）波浪周期的增大、航道宽度的加宽、航道边坡坡度的变陡等航道自身因素变化，都会增强航道对波浪的折射作用。由于多向不规则波的方向分布均化了航道对波浪传播的影响，同一条件下多向不规则波折射作用要弱于单向不规则波。波浪以临界入射角入射时会放大上述影响因素在航道对波浪折射中起的作用。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 工程背景

1.1.2 航道对波浪传播的影响

1.2 国内外研究现状

1.2.1 物模试验研究

1.2.2 数值模拟研究

1.3 本文研究内容

2 MIKE21 BW数学模型的介绍及模型设计

2.1 模型简介

2.2 模型控制方程

2.3 模型数值求解方法

2.4 波浪方向谱

2.5 数值模型设置

2.5.1 模型范围和时间、空间步长设置

2.5.2 模型边界处理和波浪生成方式

2.6 本章小结

3 波浪变化对航道内外波浪传播影响的研究

3.1 有、无航道情况下航道内外波浪分布的初步比较

3.1.1 模型设置

3.1.2 无航道情况下模型合理性验证

3.1.3 开挖航道情况下航道内外波高变化分析与对比

3.2 波浪入射角的影响

3.2.1 试验组次设置

3.2.2 航道对于不同角度入射的多向不规则波传播的影响分析

3.3 波浪方向分布集中度的影响

3.3.1 试验组次设置

3.3.2 航道对不同方向分布的多向不规则波传播的影响分析

3.4 波浪周期的影响

3.4.1 试验组次设置

3.4.2 航道对不同周期的多向不规则波传播的影响分析

3.5 本章小结

4 航道自身参数变化对多向不规则波浪传播的影响研究

4.1 航道内外水深变化对波浪传播的影响

4.1.1 试验组次设置

4.1.2 航道内部水深变化对波浪传播的影响分析

4.1.3 航道外部水深变化对波浪传播的影响分析

4.1.4 斜向入射时航道内水深变化对波浪传播的影响分析

4.2 航道宽度变化对波浪传播的影响

4.2.1 试验组次设置

4.2.2 不同宽度的航道对于波浪的传播影响分析

4.3 航道开挖边坡坡度变化对波浪传播的影响

4.3.1 试验组次设置

4.3.2 不同的航道边坡坡度对波浪传播的影响分析

4.4 本章小结

5 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书