阶梯式海堤波浪爬高影响因素的数值模拟分析

为了研究阶梯式海堤波浪爬高的影响因素,基于质量源造波法建立数值模拟水槽,采用二阶Stokes波的粘性学理论数学模型模拟波浪,分析了堤前水深、海堤坡度、台阶高度以及来波波坦等因素对阶梯式海堤波浪爬高的影响。分析结果表明,阶梯式海堤波浪爬高随着复合参数d/L的增加而减少,随着海堤坡度变缓而减小,而随着波坦的增加先增加后减小;在同一海堤坡度、波坦的条件下,阶梯式海堤波浪爬高随着台阶高度的增大呈减小趋势,在达到最小爬高值后稍有增大;相对平面斜坡式海堤而言,阶梯式海堤对波浪爬高具有明显的折减效果。总体上,堤前水深小、海堤斜坡缓且台阶高度高的阶梯式海堤削减波浪爬高效果好。研究结果可为海岸防浪实际工程应用提供参考。     

强潮河口海岸冲蚀对海堤安全的影响研究

采用杭州湾北岸典型冲蚀岸段——华电灰坝大堤堤前高分辨率的地形资料,分析了该岸段近年来的岸滩变化,并通过建立长江口杭州湾波浪数学模型,结合相关设计规范计算了该岸段现状地形下的波浪要素,分析了不同滩地冲蚀深度对堤前波浪要素、海堤设防高度和外坡护面的影响.计算结果表明,在200年一遇设计标准下,随着堤前滩地的冲蚀,平均波高和波周期变化不大,但波长和H_(1%)显著增加,导致波浪爬高增加、大堤设防标准下降,其中波长增加是导致波浪爬高增加的主要原因.此外,随着滩地的冲蚀,外坡护面的设计厚度显著增加,在实际设计中应充分考虑安全富余度.     

水深因素对斜坡上波浪最大爬高的影响

斜坡上波浪爬高的研究中,专门研究堤前水深因素对斜坡上波浪爬高影响的论文很少.本文在总结前人研究成果的基础上,通过系统的模型试验,阐明了堤前水深因素对斜坡上波浪最大爬高的影响机理,提出了波浪最大爬高的形成条件,并给出相应的计算公式.本文研究成果可作为现行规范及现有爬高计算方法的验证和补充.     

海堤波浪溢流量的分布特征及估算方法

基于大型水槽试验结果，分析了不同海堤相对出水高度的波浪溢流量特征并进行分类；依据此分类方式，使用韦伯分布对大型水槽试验测得的波浪溢流量进行拟合，研究单个波浪溢流引起越堤流量的分布和瞬时越堤流量的分布，提出了新的经验公式。结果表明，新的经验公式与现有的方法相比提高了对波浪溢流过程中单个波浪溢流引起越堤流量和瞬时越堤流量分布的估算精度。     

斜坡堤加糙插砌条石护面消浪效果试验研究

试验研究了加糙斜坡堤插砌条石护面的消浪特性及波浪爬高。考虑了斜坡提坡度、相对水深、波坦、平面与立面加糙率等因素对波浪爬高衰减系数ＫＲ的影响。试验获得了各种因素间的相关曲线,其中以平面加糙率对波浪爬高衰减系数影响较为明显。通过理论和试验结果分析,提出了计算加糙斜坡堤波浪爬高的计算公式。     

孤立波通过透水潜堤水动力特性试验

基于波浪水槽试验,对孤立波通过潜堤的传播变形、透射系数和波浪爬高开展研究,分析了潜堤消浪效果、波浪爬高与相对堤顶水深和潜堤透水率的关系．研究结果表明,在相同透水率的条件下,透射系数随着相对堤顶水深的增大而增大．波浪爬高明显随着入射波高的增大而增大,并且成线性趋势,在同一透水率下,波浪爬高随着堤顶水深的增大而增大．     

柔性植物对海堤堤前波高的影响试验研究

经过调查研究后,采用人工柔性植物模拟海堤外滩地柔性植物,利用规则波进行物理模型试验,系统分析了波浪在有柔性植物滩地上的传播变形规律;以及不同波周期、植物宽度、植物高度、植物密度对海堤堤前波高的影响。试验表明:随着植物宽度和植物密度的增加,消减系数随着增加;反之减小。由于植物造波作用的影响,柔性植物对大周期来波的消减效果较好;植物高度与水深一致的时候的消减效果较好。     

浙江省岱山栲门海堤现场测波系统研究

现场测波系统能有效地测量海堤堤前波要素——迎浪面波浪爬高、坡面波压力和堤顶越浪量，为防台抗台提供可靠的科学依据.文中叙述了测波系统的观测内容和对观测内容的解释.由于该系统具有使用方便、精度高、能在非常条件下工作的优点，因此测波系统具有宽广的应用前景.     

透孔消浪顶墙混合堤波浪爬高的试验研究

透孔消浪顶墙混合堤同一股实体顶墙混合堤相比具有降低波浪爬高的一定效果。本文通过模型试验,试验研究了在规则波作用下,透孔消浪顶墙混合堤的波浪爬高。实验模型堤前水深为 24.8厘米,堤身斜坡比为 1/1.25,斜坡护面层用工字块。相对基肩上水深di/H=0.361.波高 H=9厘米。在波陡 H/L=1/10～1/25.顶墙前墙开孔率0%=24%～72%.消浪室相对宽度B/L=0～0.277试验范围内分析了波陡,前墙开孔率、消浪室宽度等因素对波浪爬高的影响,得出确定爬高的计算关系式。 R—KIK。11(1) K。一凡/H—0.00235(L/H)‘一0.0634(L/H)+1.50(2) 当 H/L—l/10时 …     

多自由度振荡浮子装置波浪爬升特性试验与数值模拟

增加振荡浮子式波浪能发电装置的自由度可以拓宽设备的捕获频带,从而有效地提高其捕获效率,但这也意味着浮子与波浪间的作用过程更加复杂,产生的波浪爬升等非线性现象不容忽视,严重时甚至会发生越浪从而降低浮子装置的使用寿命和效率．本文开展了规则波作用下多自由度浮子迎浪侧波浪爬升特性的物理模型试验,对单自由度运动和多自由度耦合运动的浮子上的波浪爬高进行了比较,以分析在有无动力输出装置(power take-off,PTO)阻尼条件下自由度之间的相互作用效应,并使用数值模拟分析耦合运动浮子周围的流场分布．结果显示,增加自由度可以导致没有PTO阻尼的浮子上的波浪爬高显著降低,有效降低越浪风险．对于有PTO阻尼的多自由度振荡浮子,增加垂荡方向上的PTO阻尼力对波浪爬升有很大影响．三自由度耦合运动浮子能更好地利用波浪能并具有更好的安全性．     

开敞式海堤波浪计算初探

面临外海的开敞式海堤工程设计中波浪要素及其近岸变形和越浪量的计算是海堤堤顶及断面设计的关键因素,本文通过对南日、岩下、东吴等开敞式海堤工程设计实例,对波浪计算的方法、结果进行分析比较,阐述开敞式海堤设计工作中波浪要素及其近岸变形计算的要点和越浪量分析的方法,以供参考.     

防淤积型透空式防波堤波浪爬高试验及预测研究

波浪爬高是防波堤堤顶高程设计和预估工程造价的重要影响因素．以防淤积型透空式防波堤为研究对象，采用1∶10的模型比尺，在64组不同工况下开展防波堤的物理模型爬高试验，并记录了不同工况下防波堤迎浪侧的最大波浪爬升高度，探究了防波堤的波浪爬升特征．分别运用多项式回归方法、速度水头方法与M5’模型树算法并结合物理模型试验波浪爬高结果，发展透空式防波堤波浪爬高的预测公式．利用统计参数对3种方法发展的预测公式进行对比分析．结果表明：透空式防波堤背浪侧的波面变化滞后于迎浪侧，其最大波浪爬高小于迎浪侧，防波堤具有良好的消波效果；采用多项式回归方法与速度水头方法发展的预测公式能够在一定程度上实现对防波堤波浪爬高的预测，前者仅考虑了波高而忽略了其他波浪条件及防波堤结构参数对波浪爬升高度的影响，后者对波浪爬高的预测结果与试验值偏差较大，二者在实际应用过程中都存在一定的局限性；M5’模型树算法发展的波浪爬高预测公式利用无量纲参数综合了各项波浪要素以及防波堤的结构参数等，拥有良好的统计指数，能够更好地预测透空式防波堤的波浪爬高，具有较高的实际应用价值．     

潜堤上波浪分裂现象的数值分析

为研究潜堤附近水波变形现象,建立了一个模拟该现象的数值方法。基于势流理论的基本方程,其中入射波浪的生成基于域内源造波方法,无反射边界采用海绵层消波加辐射条件的处理方法。垂向采用σ坐标变换,可保证自由表面和底面边界的"精确"满足,同时便于有限差分法的应用。使用该模型对二个已有的物理模型实验进行计算,比较了长波和短波越过潜堤时波浪变形特性的异同。计算所得潜堤前后不同位置处的波面与实验结果吻合较好。结果表明:该模型能很好地模拟坡度不同的潜堤前坡上高次谐波的产生和堤后波浪分裂现象,可用于求解二维强非线性势波问题。     

不规则波爬高的统计分布与计算方法

本文根据实测爬高分布资料的统计分析,以及基于对几种常用理论分布的适度检验,建议采用一元三参数伽玛分布(包括韦伯分布)为爬高分布.实测资料还表明分布参数与堤坡坡度及堤前水深有一定关系.根据建议的理论分布计算了部分大爬高均值以及最大爬高的估值,並与实测资料进行比较.最后,基于实测资料分析,给出了确定不规则波爬高的经验公式.     

凹角堤段前波高增幅的整体模型研究

由于入射波与斜向反射波的叠加或两个堤段的反射波斜交 ,在凹角堤段前将形成复杂的短峰波系 ,这种波浪形态引起的波能集中使堤前波高可能增幅 .利用整体模型实测了凹角为 15 2°的条件下不同入射波向对应的波高值 ,同时根据实测资料推求了等效反射系数 ,从而得到规则波或不规则波条件下的入射波高放大系数 ,为带凹角形状的防波堤设计提供了依据 .实测凹角堤趾前的波浪底流速也明显增大 ,这对工程防冲设计也是很重要的     

非淹没刚性植物对孤立波传播变形影响实验

通过波浪水槽物理模型实验,研究了孤立波在植物模型前后波高、波形的变化、入射波波高、植物分布密度以及分布方式对孤立波反射、透射系数和波能衰减系数的影响.实验结果表明,孤立波波高在植物模型中急剧减小;孤立波经过植物模型后,其透射波仍以孤立波的形式继续传播,波形由尖陡变为平缓;随着水深的增加,孤立波反射系数和波能衰减系数减小,透射系数增大;随着入射波高的增高,孤立波反射系数和波能衰减系数增大,透射系数减小;在植物分布形式相同的情况下,随着植物分布密度的增加,孤立波反射系数和波能衰减系数增大、透射系数减小;在植物分布密度相同的情况下,植物在垂直于孤立波传播方向上分布地越紧密,孤立波反射系数和波能衰减系数越大、透射系数越小.     

基于分层Boussinesq方程的波浪通过斜坡上潜堤传播变形

在总结前人研究工作的基础上,运用分层Boussinesq方程对波浪通过斜坡上潜堤传播变形开展数值模拟研究．利用试验数据验证了二层Boussinesq方程波浪模型在该研究中具有很好的适用性和较高的精度．研究结果表明,相对堤顶水深和相对堤顶宽度对波浪外观形态和内部能量影响很大;相对堤顶水深越小,相对堤顶宽度越大,波形变换越显著,堤后波浪主频能量减少越剧烈．     

珊瑚礁地形上胸墙波浪力大水槽试验

基于大比尺波浪水槽试验,开展了珊瑚礁地形上的波浪与斜坡堤相互作用试验。在不同水深和波浪条件下测量斜坡堤胸墙的水平力和浮托力,并与规范值进行对比。试验结果表明:胸墙的波浪力受波浪破碎后的堤前壅水、破碎波高和水流冲击的共同影响;胸墙水平力呈矩形分布,浮托力呈三角形分布;由于波浪在珊瑚岛礁上传播过程中的能量耗散,平均水平力和前趾浮托力试验结果均小于采用深水波要素计算的规范值,所提出的基于胸墙距礁缘的相对距离和礁盘上相对水深的波浪力修正系数,修正后的公式计算结果与试验值吻合较好。     

直立式外堤断面的模型试验研究

我国某港地处敞海,必需修筑外堤加以防护。根据设计,堤前最大水深约与波浪破碎临 界水深相等。鉴于立波,破碎波、击岸波三者的性质回异,它们对建筑物的作用力也相差很 大,因此如何正确地判明建堤后堤前波浪的性质及其对建筑物的作用,在工程设计上具有重 大的意义。但这个问题目前正是波浪理论中的薄弱环节,迫切需要进行试验研究。 本试验通过模型观察和测压分析表明,在平缓底坡［１／３００］埋入基床的情况下,当水深和 波浪要素改变时,堤前出现立波、击岸波以及局部破碎压力较小的过渡型波浪,通常所称的 破碎波不会出现。从这些现象中可以了解到堤前波浪破碎的临界水深不仅与波高有关,而且 是波浪陡度的函数。 由堤面波压力测量结果可以看出,天论立波,击岸波或过渡型波浪时,最大波压力都不 在波峰击堤时出现,而有某些超前,立波则有两个压力峰。当胸墙位于堤的中部时,它遭受 到很大的波压力,并且具有明显的冲击性,同时堤顶前缘出现局部负压区,对堤的工作情况 不利,但此时堤上的波浪总压力有一些减小。 在实验中还测量了波浪作用下的堤底浮托力和堤前的底流速。     

贝宁海滩上波浪传播演变特性研究

为分析贝宁海滩上波浪传播演变特性，基于开源波浪数值计算软件COBRAS建立了贝宁典型海滩剖面数值模型，模型中采用k-epsilon紊流模型求解雷诺应力，采用流体体积法捕捉自由液面，并采用斜坡上波浪破碎试验结果对数值模型进行了验证。基于该模型对常浪条件和极端波浪条件下海滩上波浪传播规律的模拟结果表明：常浪条件下波浪主要在沙坝附近发生破碎，极端波浪条件下波浪在沙坝外侧200 m处开始发生破碎；破碎区域内水质点速度较大，常浪条件下沙坝周围的流速可达7.5 m/s,极端波浪条件下破波带内水质点速度可达12.4 m/s,且波浪回流与入射波浪在沙坝周围相互作用会形成较强的涡旋；随着波浪非线性的增强，波浪爬高也逐渐增大，在极端波浪条件下，沙丘上会发生越浪。