基于質(zhì)量源造波法的階梯式海堤波浪爬高研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展，人們對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，也希望海堤在設(shè)計上趨向于具有親水性緩坡型式，藉此提高海洋對游人的親和力。然而降低堤頂?shù)母叨葧共ɡ怂萆a(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。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，但對其波浪爬高規(guī)律的研究還較少?；诖?，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)外近些年來對海堤波浪爬高這一熱點問題的研究進展。在此前提下，基于Stokes波質(zhì)量源函數(shù)，采用計算流體動力學(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)表達式進行編

3、譯，在數(shù)值分析中實現(xiàn)了質(zhì)量源造波以及多孔介質(zhì)消波。經(jīng)過驗證，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，可以保證長歷時波長穩(wěn)定。
　　在此基礎(chǔ)上，建立與物理模型試驗相似的數(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所得的爬高值對比，驗證了依據(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行了數(shù)值模擬研究，系統(tǒng)分析了堤前水深、海堤坡度、臺階高度以及來波波坦這些因素對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，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，d/L對

5、波浪爬高R影響比較強烈，而當(dāng)d/L＞0.3時，d/L對波浪爬高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。而且階梯式海堤波浪爬高相對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階高度增大有先減少后增大的趨勢