海啸波爬高的水槽实验研究

发布时间：2020-04-25 10:55

【摘要】：海啸是一种具有突发性、破坏力极强的海洋灾害，一般是由海底地震、滑坡或海底火山喷发等剧烈的海底运动所引发，当海啸传播至近岸时，由于水深变浅其波高急剧增加，蕴含巨大能量的海啸波爬上海滩，与陆地作用并造成巨大的破坏。本文利用物理模型实验的方法研究了海啸波在传播与爬高阶段的水动力特性，为了解海啸波对海岸结构物的作用机理，以及海啸的防灾减灾工程提供科学依据。水槽造波实验采用考虑造波区波动非稳态特性的造波方法，以及孤立波和N波理论解，在水槽中实现了模拟海啸的孤立波、双孤立波和N波三种波形的传播和爬高实验。在模拟海啸波传播与爬高的实验中，首先进行的是孤立波验证实验。以传统的一阶孤立波解和三阶孤立波解为目标波形，比较了传统的基于永形波假定的Goring造波方法与考虑造波区波动非稳态特性的改进Goring造波方法的造波效果，实验表明在较大的相对波高范围内，从孤立波的初始波高、波高沿程衰减程度和波形传播速度方面来看，考虑造波区波动非稳态特性的造波方法具有明显的优势。随后使用改进的Goring造波方法和三阶孤立波解造出的孤立波完成爬高实验，在较大的相对波高和斜坡坡度范围内得到了单孤立波的爬高最大值与斜坡爬高的移动岸线时间序列。通过与现有的孤立波爬高渐近解的比较，验证了本文实验中所使用的物理模型实验方法的准确性。海啸观测结果显示，在一定条件下，海啸波在近海传播过程中有可能会演化成若干个孤立波组成的波列。为了弄清多个孤立波组成的波列对海岸结构物的作用机理，在波浪水槽中进行了双孤立波的斜坡爬高实验。通过控制推板式造波机的运动，有效地实现了不同波峰间距双孤立波的造波方法，率先完成了不同相对波高、相对波峰间距的双孤立波爬高系列实验，获得了双孤立波平底传播及斜坡爬高过程的波面时间序列及爬高过程移动岸线的时间序列。实验结果表明，对两个等波高的双孤立波而言，当相对波峰间距减小至某临界值时，跟随在后孤立波的爬高放大系数将小于先导孤立波的爬高放大系数；当先导孤立波的波高大于跟随孤立波的波高时，先导孤立波将更加显著地抑制跟随孤立波的爬高过程，，使得后者的最高爬放大系数显著减小；若在爬高前两个波已明显重叠，即呈双峰瞬态波形，爬高放大系数不会大于具有相同波高的单孤立波的爬高放大系数。另外，还实现了等振幅N波的造波，包括波谷在前的N波和波峰在前的N波。水槽实验造出的N波具有瞬态波的性质，在对N波平底传播的波高变化过程进行分析后，发现相对波高越大时波高衰减程度越大，色散效应更显著。N波的爬高实验表明，对直墙反射而言两种N波的爬高放大系数与孤立波相同；随着斜坡坡度变缓，波谷在前的N波爬高放大系数大于波峰在前的N波。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P731.25;TV139.25

【共引文献】