基于質(zhì)量源造波法的階梯式海堤波浪爬高研究.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)海岸景觀的要求越來越高，在要求盡可能地降低海堤堤頂高度的同時(shí)，也希望海堤在設(shè)計(jì)上趨向于具有親水性緩坡型式，藉此提高海洋對(duì)游人的親和力。然而降低堤頂?shù)母叨葧?huì)使波浪溯升產(chǎn)生越浪的現(xiàn)象，所以有必要采取一定的消浪措施來減小波浪爬高，從而降低海堤高度。階梯式海堤作為斜坡堤的一種特殊結(jié)構(gòu)型式，具有較好的消浪效果，其設(shè)計(jì)上多為親水性緩坡型式，這種型式能夠滿足親水性海岸休閑空間的規(guī)劃需求，符合人們?nèi)找嫣嵘木坝^環(huán)保意識(shí)。目前，雖然

2、在沿海地區(qū)已經(jīng)建立有不少的的階梯式海堤，但對(duì)其波浪爬高規(guī)律的研究還較少。基于此，本文首次將質(zhì)量源造波方法應(yīng)用到階梯式海堤波浪爬高研究中，完成了以下幾個(gè)方面的研究工作:
　　首先，介紹了海堤的作用、研究階梯式海堤波浪爬高的重要性以及國內(nèi)外近些年來對(duì)海堤波浪爬高這一熱點(diǎn)問題的研究進(jìn)展。在此前提下，基于Stokes波質(zhì)量源函數(shù)，采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件FLUENT，通過其接口UDF，利用C語言程序?qū)ΧAStokes波質(zhì)量源函數(shù)表達(dá)式進(jìn)行編

3、譯，在數(shù)值分析中實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量源造波以及多孔介質(zhì)消波。經(jīng)過驗(yàn)證，本文基于質(zhì)量源造波方法與阻尼消波法結(jié)合建立的二維波浪水槽能夠保證數(shù)值水槽工作區(qū)的波浪場質(zhì)量，而且波形平穩(wěn)，重復(fù)性比較好，可以保證長歷時(shí)波長穩(wěn)定。
　　在此基礎(chǔ)上，建立與物理模型試驗(yàn)相似的數(shù)值波浪水槽模型模擬了階梯式海堤的波浪爬高過程，通過將模擬爬高值與物理試驗(yàn)所得的爬高值對(duì)比，驗(yàn)證了依據(jù)質(zhì)量源造波方法建立的數(shù)值波浪水槽模擬階梯式海堤爬高的可行性和合理性。
　　最后，

4、對(duì)不同工況以及不同階梯式海堤結(jié)構(gòu)方案下的波浪爬高進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，系統(tǒng)分析了堤前水深、海堤坡度、臺(tái)階高度以及來波波坦這些因素對(duì)階梯式海堤波浪爬高的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:(1)在本文選取的堤前水深范圍內(nèi)，在各種外坡坡度情況下，階梯式海堤波浪爬高R均隨著海堤堤前水深d的增加而逐漸減少，而且基本是呈線性變化的。當(dāng)?shù)糖八钆c波坦的比值d/L=0.133～0.6時(shí)，波浪爬高是隨著d/L的增加而減少的;且當(dāng)d/L=0.133～0.3時(shí)，d/L對(duì)

5、波浪爬高R影響比較強(qiáng)烈，而當(dāng)d/L＞0.3時(shí)，d/L對(duì)波浪爬高R的影響有所減弱。(2)與平面式海堤一樣，階梯式海堤波浪爬高隨著坡度的變緩?fù)瑯映尸F(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。但是，相對(duì)于平面式海堤來說，階梯式海堤的波浪爬高峰值出現(xiàn)在坡度較陡時(shí)。而且階梯式海堤波浪爬高相對(duì)平面斜坡式海堤而言具有明顯的折減效果，但是隨著海堤坡度的變緩，折減效果有減弱的趨勢。(3)在同一海堤外坡坡度、波坦的條件下，海堤波浪爬高隨著海堤臺(tái)階高度增大有先減少后增大的趨勢