低频波浪在港口口门的传播变形研究

摘要

在近岸水域，周期在30～300s之间的低频波浪（又称碎波拍）是岸滩演变及影响海岸工程的动力因素。大量研究表明它们对海岸泥沙输运，港内水面波动和系泊船的运动等都有重要的作用，因此对低频波浪的研究具有重要的意义。我国的海岸线漫长，沿岸已建成和在建的有大量的各类港口。虽然现在港口工程的设计技术有了长足的进步，但是目前港口工程中的各类防波堤对碎波拍这样的低频波浪的掩护效果都很差。一旦低频波浪传入港口，对港内的波浪和正常操作将产生严重的负面效果，这点对于一些繁忙的重要港口的影响更为严重。随着我国港口和其他一些大型海上项目的修建，低频波浪对建筑物的作用也日益受到重视。国内外的许多学者对碎波拍（低频波浪）的产生机制、数值模拟及低频波浪引起港池共振的方面做了大量的研究，而对低频波浪经过防波堤的传播变形情况的研究却还未看到公开发表的文献，以往对波浪经过防波堤时的传播变形研究也主要集中在短波方面。因此，基于以上情况，本文主要对低频波浪经过防波堤时的传播情况进行研究。
　　本文采用Boussinesq数值波浪模型模拟了低频波浪在双突堤、岛堤、单突堤附近的传播变形。通过数值模拟结果与理论解的对比，可以证明该数值模型在模拟短波和低频波浪在双突堤、岛堤、单突堤附近的绕射、反射等传播变形是准确和可靠的。通过低频波浪与短波在防波堤后绕射系数的对比分析可知，低频波浪在双突堤、岛堤、单突堤后的绕射系数都大于短波的绕射系数，这说明与短波相比低频波浪会有更多的能量传到防波堤后面，防波堤对短波的防护效果要好于长波。同时也分析了低频波浪在双突堤后的绕射系数随周期的变化规律，结果表明在周期很大时，随着周期的增大各周期的低频波浪的绕射系数的分布十分接近。通过低频波浪与短波在防波堤前反射系数的对比分析可知，低频波浪在防波堤前的反射系数的最小值和部分位置处的极大值都大于短波情况。综上，低频波浪在各种形式的防波堤附近的传播变形与短波的情况比较可知，低频波浪对港内的泊稳，船舶的航行和防波堤的稳定等更不利。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 低频波浪的研究现状

1．2 波浪绕射理论的研究现状

1．3 本文主的主要内容

2 数值模型及椭圆余弦波浪理论

2．1 关于MIKE 21 BW的基本方程和数值解法

2．1．1 控制方程

2．1．2 数值解法

2．2 MIKE 21 BW的模型参数与边界条件处理

2．2．1 内部波浪的生成

2．2．2 底摩阻

2．2．3 空隙层

2．2．4 消波层

2．2．5 边界条件

2．3 椭圆余弦波浪理论

3 低频波浪在双突堤口门处的传播变形

3．1 理论解

3．2 数值模型的建立

3．3 结果与讨论

3．3．1 低频波浪在双突堤口门后的绕射分析

3．3．2 低频波浪在双突堤口门前的反射分析

3．4 本章小结

4 低频波浪在岛堤附近的传播变形

4．1 理论解

4．2 数值模型的建立

4．3 结果与讨论

4．3．1 低频波浪在岛堤后的绕射分析

4．3．2 低频波浪在岛堤前的反射分析

4．4 本章小结

5 低频波浪在单突堤附近的传播变形

5．2 理论解

5．3 数值模型的建立

5．3 结果与讨论

5．3．1 低频波浪在单突堤后的绕射分析

5．3．2 低频波浪在单突堤前的反射分析

5．4 本章小结

6 结论

6．1 结论

6．2 建议与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢