带离岸式潜堤的斜坡堤越浪数值模拟研究

摘要

海堤工程一般指为了抵挡外海来波对海岸的冲击,保证堤后安全的近海工程结构。当带着巨大能量的波浪从外海传到近岸时,会对海滩和近岸建筑物造成一定冲击,在某些条件下还会产生越浪,造成堤后的农田、道路和建筑的淹没,甚至形成严重的生命及财产损失。在海堤前加设潜堤能有效减小波浪对海堤的冲击并能减少堤后的越浪量,这种带离岸式港堤的海堤在许多实际海岸工程中得到应用,尤其是软基海岸防护工程中。在工程设计中,如何选择潜堤的断面形式、高程、顶宽及与主堤距离,使工程结构既能满足自身安全性及稳定性的同时又能降低工程成本,提高经济性,是我们研究的热点问题。
　　本文基于不可压缩粘性流体的N-S方程,采用有限体积法离散控制方程,使用VOF方法跟踪自由面的变化,建立了数值波浪水槽并验证造波与消波的有效性,将此方法应用于简单斜波堤越浪的数值模拟中,将越浪量的计算结果同T.saville物理模型实验数据及Hu et al.(2000)模型AMAZON的计算结果作对比,发现数据吻合良好,证明本文数值模拟方法的正确性。
　　本文通过对带离岸式潜堤的斜波堤越浪的数值模拟,得出潜堤断面形式、高程、项宽、潜堤与主堤距离对主堤的越浪有显著的影响,分析发现:相同条件下,1)无潜堤作用下主堤越浪量明显大于有潜堤作用下主堤的越浪量;2)斜坡型潜堤比矩型潜堤更能有效减少主堤越浪量;3)潜堤的高程越大主堤的越浪量越少;4)潜堤的顶宽越大主堤的越浪量越少;5)潜堤与主堤间距对主堤越浪量具有显著的影响,在一个波长距离范围内,主堤越浪量随着潜堤与主堤距离的增大变化趋势是先增后减,即在潜堤与主堤距离小于来波波长一半时,越浪量随距离的增大而增大;当大于波长一半时,越浪量随距离的增大而减小。