不规则波折射物理模型试验研究

    1　前言

    海浪是海岸及海洋工程的主要荷载之一,也是近岸泥沙运动、岸滩演变及港口、航道回淤的主要动力因素之一。海浪是随机、不规则的。国外港口工程、海岸及海洋工程的规划、设计已较普遍地采用不规则波。我国1987年颁行的“港口工程技术规范”中有关波浪绕射部分已采用不规则波,港口工程、海岸及海洋工程的设计也逐渐采用不规则波。港口及海岸工程多位于浅水区,因此需采用不规则波折射的方法,推求工程点的设计波浪要素。

    作者提出的“不规则波折射数学模型”〔1〕1990年经“全国水运工程技术标准委员会”(现为“中国工程建设标准化协会水运工程委员会”)的“海岸动力分委员会”第五次会议审查,会议记要称“基本同意河海大学提交的‘不规则波折射的数学模式’的报告”。为了与数学模型的计算结果相互验证,同年开始在大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室进行本课题的基金项目研究工作。1995年“海岸动力分委员会”第九次会议审查后将”不规则波折射系数的计算方法”〔2〕列入“中国工程建设标准化协会水运工程委员会系列文献”。

    2　不规则波折射实验

    2.1　实验设备

    多功能水池长54m,宽34m。装有美国AOC公司生产的多方向不规则波造波机,造波板由30块独立板组成,每块宽0.8m,由VAX-Ⅱ小型计算机控制,可生成正向和斜向的规则波和具有方向谱的不规则波。

    波浪要素的数据采集采用两套系统:一、华中理工大学研究制的HG-601型浪高仪,在VAX-Ⅱ小型计算机控制造波的同时,同步采集某测点呈五角型阵列安放的五个浪高仪的波面高度值,采样的时间间隔$t=0.05s,采样长度为8192点,以分析测点处的波浪方向谱;二、北京水利科学研究院研制的DS-30型多点浪高议,通过IBM微机控制同步采集各测点处的波面时间过程序列,采样的时间间隔$t=0.05s,采样长度为2048点,同步完成大面上所有测点处的波高测量,以确定各点相对于基准点的折射系数。

    2. 2　物理模型和测点布设

    由于多功能水池底部为水泥沙浆抹面,波浪传播时存在底摩擦波能损耗,所以即使波浪在平底水池传播,沿程波高亦有衰减。为此需在正式进行不规则波折射实验前,采用规则波测定沿程因底摩擦而造成波高衰减的程度,以确定水泥砂浆抹面的底摩擦系数。同时考虑发生在水池中方向谱不规则波的方向分布范围,测点需布设在如图1所示的波浪有效区域内,我们以波浪有效区内距造波板的最远点作为衡量波高衰减程度的测点。在实验中的测量段应短于池内波浪方向分布范围的波浪有效区。