不同动力因素引起的港湾振荡问题研究

发布时间：2020-04-14 11:32

【摘要】：港湾振荡是海岸工程中一个非常重要的研究方向,许多港口都观测到港湾振荡现象的存在。本文首先列举了近几年国内外发生的历次港湾振荡事件,总结了这些港湾振荡的特征；然后回顾了之前港湾振荡的研究内容,在此基础上做了如下深入研究： (1)假定港内水深在纵向线性增加,且与之相邻的外海水深不变,采用线性假定,给出了外海波浪垂直入射引起狭长矩形港湾内纵向振荡的解析表达。通过修正沿岸方向速度分量,将线性浅水方程扩展为描述边缘波的弱色散性Boussinesq方程。采用该方程作为控制方程得到变水深港湾内横向振荡的解析解。 (2)建立了可以描述底床运动产生波浪的Boussinesq模型,模拟了变水深港内底床局部运动引起的港湾振荡现象。小区域的底床运动引起明显的横向振荡,而大范围的底床运动引起的主要是前几个低模态的纵向振荡。港湾振荡的模态(包括纵向和横向振荡)与底床运动的位置密切相关,而各振荡模态的幅值主要受底床运动的速度和幅度影响。此外,模拟得到的各振荡模态的本征频率及能量的空间分布与本文的理论结果吻合良好。 (3)由域内造波法在Boussinesq模型中产生岸坡存在直墙时的边缘波,建立了边缘波的数学模型。采用该数学模型模拟了边缘驻波向外海辐射高频能量、离岸堤对边缘波的耗散及边缘波引起的港湾振荡等现象。 (4)为了研究港湾振荡的瞬态过程,采用Boussinesq模型模拟不同短波组成的波群引起常水深港湾内的长周期振荡。模拟表明波群所引起的港内长周期振荡受短波影响显著：频率较低的短波组成的波群引起的港内长周期振荡明显大于较高频率短波所组成波群引起的港湾振荡。借助基于小波变换的二阶自相关谱,研究了波群引起港湾振荡的不同阶段的波浪间非线性作用。此外,采用一种简单的指数形式准确地描述港湾长周期振荡在响应阶段的成长和耗散阶段的衰减过程。 (5)为了比较滑坡激发的冲击波与平稳波浪引起的港湾振荡,采用物理模型实验模拟了滑坡引起的冲击波、冲击波的传播特性及其引起的港湾振荡现象。滑坡引起的冲击波可以看作是具有孤立波特性的波浪成分和具有色散波特性的波浪成分的迭加效果。通常具有孤立波特性的波动成分在港湾振荡中起着重要作用,而滑坡引起的冲击波中具有色散波特性的波浪成分在港湾振荡中作用很小。为了进一步验证该结论,采用Boussinesq模型模拟比较了孤立波与色散波包引起的港湾振荡现象。数值模拟结果再次证明了以上结论。
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2.1纵向振荡 2.1.1理论推导如图2.1所示，一个内部水深变化为h二xtar叨=sx的矩形港位于x=d处。y轴沿岸线方向，而x=0为海底延长线与平均海平面相交处，且x沿离岸方向增加。z轴位于静止水平面，且向上为正。外海水深固定，港口宽度为Zb(从y=一b到y二b)。假定2b远小于入射波长，所以此时港内只存在纵向振荡，研究问题简化为沿x轴的一维波动。大多数的港湾，其水深都远小于港湾振荡对应的波长。在此情况下，波动基本上是水平的，垂直变化很小。因此，可以利用浅水方程研究这一问题。线性浅水方程的质量守恒方程为:争

形是一个坡度不变的斜坡，但是，实际中这种假定只存在于一个很短的区域。通常港内地形由一个有限长度的斜坡连接着水平的海底，而横向振荡只存在于这一斜坡地形上。图2.6显示了波数kl对应的前四个横向振荡模态波幅的空间二维分布。由于这些振荡是横向第一振荡模态，只有一个离岸方向的波节线，，振荡在沿岸方向反对称分布。离岸方向的波节线数对应于边缘振荡模态。贾0峥L几兀0助俐叫的1

本文编号：2627248