有限实验区域情况下双突堤后不规则波绕射系数的研究

有限实验区域情况下双突堤后不规则波绕射系数的研究

摘 要： 为研究双突堤尺度变化绕射系数的影响，本文基于港池实验室搭建实物模型，通过实测数据结果与《海港水文规范》【1】（JTS145-2-2013）中结果进行对比，吻合程度较好，验证了实物模型在研究波浪绕射问题上的适用性。本文采用实物模型模拟了一种尺度的双突堤，为B/L=4，通过与规范中对应口门宽度的绕射系数对比分析，得到结果：当海港水域有限时，实验区域较窄时，绕射系数在波浪传播过程与规范值对比逐渐增大。文中给出了不同特征点位置的绕射系数数值，为实际工程过程中绕射波高的确定提供参考。 关键词： 双突堤；绕射系数；有限实验区域；实物模型 1 研究意义及研究现状

为确保港内船舶停靠和作业的安全稳定，保证运输效率，常建造防波堤掩护港内水域，利用防波堤建筑物避免波浪对于港内水域的直接侵蚀，保持港内水域的平稳性。衡量防波堤作用效果的主要因素为堤后波高。

设计波要素的确定对于整个港口的平面布置形式以及港工建筑物结构形式有着决定性作用，直接影响整个工程的经济型和实用性，精确确定波要素至关重要。港内水域波浪的主要影响因素为从口门区域进入港区的波浪，目前确定该区域波高的方法包括现场实测、水工模型实验、数值模拟等方法确定，对于港内地形较为平稳的区域一般采用绘制绕射系数诺谟图来分析港内的波浪情况以及波浪分布情况，能够得到精确度较高的结果。近岸波浪区域小于比之外海宽波浪,其能量与外形均存在较大差别。 波浪在传播过程中出现变形、折射和绕射，这一过程较为复杂,传播过程中水深与地形都出现变化。波浪在传播过程中遇到障碍物时（比如防波堤、岛屿），除了可能在障碍物前产生的波浪反射以外，还会绕过障碍物传播，在障碍物的掩蔽区域继续生成波浪进行扩散，即发生波浪的绕射。港口与天然海湾受到防波堤的防波性控制，对于港内淤积以及港内共振问题研究时，必须重点考虑绕射作用带来的影响。因此在港口设计中，波浪绕射是一个重要问题。

关于波浪在防波堤附近的绕射规律国内外学者做了大量研究。

我国现 行 的《海 港 水 文 规 范》（ＪＴＳ１４５－２－２０１３）给出了计算双突堤后 不规则波的 绕 射 系数计算方法和参照绕射系数分布图，但实物模拟过程中受多方面因素影响。本文基于搭建实物模型对比《海港水文规范》绕射系数分布图，在验证，实物模型模型研究波浪 绕 射 问 题 可行性的 基 础 上，初步探究小规模港内水域对于双突堤口门后绕射系数的影响。

2 有限实验区域对于实物模型实测绕射系数的影响 2.1实物模型介绍

实验水池尺度：本次实验使用扬州大学扬子津校区农水水文水生态综合试验场港航实验室，水池尺度8m（宽）×28.5m（长），造波宽度为8m，最大工作水深0.8m。水池池首设置有造波机，池尾设置有消波装置，如图所示，所以该水池实际长度仅为21.3m，再加上水池首尾边界的反射影响，试验区有效长度还要短一些。实验池尺度如图1：

经无模型率定实验，确定实验过程中不规则波浪波高为0.07m、周期为1s，有效波长为池内水深为0.53m，有效波长为1.51m。双突堤模型搭建位置以及研究区域选择和特征点选取如下，共取40个特征点,1#-40#特征点，各坐标点横向间隔0.95m，纵向间隔为1m，设置特征点位置示如图2：

2.2 海港水文规范相关条款

《海港水文规范》（JTS145-２-2013)中对于双突堤后不规则波绕射系数计算方法如下所示： 为防波堤后某位置的绕射波高（m），为双突堤后某位置的绕射系数，为入射波高，双突堤后不规则波绕射系数等值线土样按图7.22确定，各图的绕射系数数值可以通过内插确定。规范中8种等值线图分别为双突堤长与波长比为2、4、6、8，波浪入射方向为，为为波浪入射角。规范中的双突堤后不规则波绕射系数的确定是依据双突堤后规则波射系数的数值结果，使用能量叠加理论的出结果。

2.3 实物模型绕射系数数值规范数值对比

双突堤依据在两侧搭建长度均为1.52m的双突堤，入射波为不规则波，入射方向，表1给出了各特征点的绕射系数规范值以及实测时局值，图3为试验区域与特征点布置位置相对于规范数区域的位置。

从表中数据可得，口门波浪入射发生绕射后，实物模型实测绕射系数与规范值基本拟合，随波浪传播，实测结果与规范值的差异逐渐增大，以口门轴线为中心，变化幅度向两边递减，变化幅度总体而言较小，原因是较窄的港池设施侧向未能被侧壁消能设施消减的波浪干扰突堤后绕射波浪的传递，能量叠加造成波高增加，但本实验实物模型适用性较强。 3 结论

本文基于搭建实物模型研究实物模型在实验区域相对较窄的情况下研究实物模型的适用性，将模型实测结果与《海港水文规范》规范值进行对比，得出较窄港池设施对于实物模型实测绕射系数的影响：

（1）实物模型在研究波浪绕射问题具有适用性，受制于实验水域，比《海港规范数值》规范值总体出现增大。

（2）较窄实验区域对于波浪绕射系数测定有影响。于突堤后传播过程中变化幅度随增大而增大，对称与口门纵轴线向变化幅度向两侧递减。

（3）本文给出了有限实验区域双突堤一种尺度下的特征点绕射系数实测值。可供有限海港水域实际工程绕射系数推算提供参考。 参考文献

【1】《海港水文规范》（JTS 154 2 2013）.北京人民交通出版社

【2】不同尺度人工岛波浪绕射系数的研究.于定勇，李 龙，张广成.中国海洋大学工程学院