港域波浪联合绕射反射特性试验研究(4)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】综合上述前人研究的不足之处,本文基于某大型港区的波浪整体物理模型试验,按照测点所在位置的不同,分析了在绕射作用主导下和波浪反射主导作用下
综合上述前人研究的不足之处,本文基于某大型港区的波浪整体物理模型试验,按照测点所在位置的不同,分析了在绕射作用主导下和波浪反射主导作用下,单向、多向不规则波的港内波高随波向、谱峰周期的变化规律。此外,本文还对模型内建筑物的反射系数的改变对港域波高分布的影响做了深入研究。由于本次试验的港内波高是由波浪绕射、折射联合作用下的实测结果,与一般数学模型相比更具工程实用价值。
1试验概况
1.1物理模型简介
本次试验为某港港口平面布置与波浪扰动整体物理模型试验,模型设计为正态、定床,模型并按重力相似准则进行布置。考虑场地、波浪条件、试验要求等因素,本次试验采用1:80的模型比尺。地形制作按照中交第四航务工程勘察设计院提供的工程平面布置图进行地形制作,地形、防波堤等按照断面板模拟法进行制作,码头采用灰塑板制作。港池边界布置有上下三层消浪栅,能较好地减少波浪反射。试验在浙江大学海洋学院的40 m×70 m×1.8 m波浪港池中进行,港池中装有珠江水利科学研究院制造的L型造波机,造波机尺寸为34 m×56 m,波高数据采用LG1型电容式浪高水位传感器采集,测量精度可达0.3 mm。
试验波浪采用单向和多向不规则波,多向波规则波方向谱函数S(f,β)可以表示为频谱S(f)和方向分布函数G(f,β)的乘积
图1 模型布置图Fig.1 Model layout
式中:G(f,β)采用经验分布:G(f,β)=Acos2n(θ-θ0),其中n为方向分布参数,n越小代表波浪能量的方向分布宽度就越宽,波浪多向性越强,本次试验n取为4,θ0为入射波浪的主方向。试验中频率谱均为标准JONSWAP谱,谱峰升高因子γ=3.3 。
表1试验波浪要素表Tab.1 Wave elements of the test波型组次编号水位(m)Hmo(m)Tp(s)主波向(o)多向不规则波10.91..91..91..91..91.单向不规则波60.91..91..91..91.
本次试验所用的波高指的是Hm0,其通过波谱分析得到。模型布置见图1。模型中共布置测点47个,C1~C6测点为航道区域测点;S1测点为波浪率定的控制点,该点波要素作为计算港内比波高的计算点;S2~S6测点为东段防波堤后测点,W1~W3测点为西段防波堤后测点,T1~T5测点为港域中心测点,B1~B27测点为泊位前垂直于码头布置的9排测点。
为了更好的分析试验,本次试验中防波堤内均插有不透水板,故不考虑堤内透射,且由于试验比尺较小,波高较小,开挖水域深度也较小,因此影响港域内波况的因素主要为波浪绕射和波浪反射,波浪折射相对影响较小。本文所指的波高均是在波浪绕射、反射联合作用下的波高,将港域内测点波高与原始外海(S1点)波高的比值定义为扰动系数,下文不再赘述。
1.2波浪要素
本次试验采用的波浪要素为丹麦DHI公司通过其自主开发的Mike 21 SW模块计算得到。表1为本次试验的控制点(S1)的波浪要素表。值得注意的是,在多向不规则波中,组次1所代表的波浪为风浪,组次2~5则为涌浪,这是由于工程地虽以涌浪为主,但是偶然情况下也会出现小周期的风浪。本次试验中采用JONSWAP谱来进行模拟波浪,JONSWAP谱是一个典型的风浪谱。针对谱型的影响,DHI进行过相关研究,研究表明:用谱峰升高因子为γ为3.3的JONSWAP谱也可以用来描述涌浪,且γ值对波浪扰动影响较小。
2港域波浪扰动系数分布特点
本节主要是研究在工况一下港域波高扰动系数随波向(D)、周期(Tp)的变化规律。
2.1航道区域
图2 单向不规则波,航道区域波浪扰动系数 图3 多向不规则波,航道区域波浪扰动系数Fig.2 Unidirectional irregular wave,wave disturbance coefficient of channel area Fig.3 Muti-directional irregular wave,wave disturbance coefficient of channel area
图2、图3给出了不规则波作用下,航道区域的波浪扰动系数随波向D、谱峰周期Tp的变化关系。由图2、图3可见,单向不规则波当波向相同时,Tp为15 s的扰动系数几乎与Tp为18 s的相同;多向不规则波当主波向相同时,呈现出扰动系数随着Tp的增大而增大的规律。这是由于多向波的方向分布较宽,该区域波浪绕射作用占主导地位,Tp越大,波浪绕射作用越强;而单向波在反射、绕射作用下波况复杂,绕射系数对Tp的敏感性较弱。
当Tp相同时,不同波向的单向波的扰动系数相差较大,这是由于航道区域测点靠近防波堤堤头部位,在175°波向下,老防波堤的反射对航道区域波浪的影响较165°的要大,因此波高对方向较为敏感。相应的多向波对波向的敏感性较差,这也是其方向分布宽度较宽,受老堤反射影响较小的缘故。
文章来源:《反射疗法与康复医学》 网址: http://www.fslfykfyx.cn/qikandaodu/2021/0317/487.html
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