我國(guó)擁有的豐富湖區(qū)資源,占世界第三位,而豐富的湖區(qū)資源在水利、航運(yùn)、旅游和水電等工程領(lǐng)域占據(jù)非常重要的地位,但風(fēng)生波浪往往對(duì)湖區(qū)船舶通航和平穩(wěn)靠泊以及建筑物的安全造成威脅,有時(shí)甚至?xí)斐删薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失和人員傷亡,故對(duì)湖區(qū)的風(fēng)生波浪的研究尤為重要。隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算性能的快速發(fā)展,CFD(計(jì)算流體力學(xué))的不斷壯大,風(fēng)生波浪的數(shù)值模擬已成為主要的研究手段。目前關(guān)于風(fēng)生波浪數(shù)值模擬的研究,大多數(shù)都是對(duì)海域風(fēng)浪的研究,而湖泊和水庫(kù)等小風(fēng)區(qū)風(fēng)浪的研究較少。本文將理論研究與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合,以云南省玉溪市撫仙湖深水湖泊的浮碼頭為例,建立湖區(qū)風(fēng)生波浪數(shù)學(xué)模型,分析不同風(fēng)荷載工況下湖區(qū)的波浪要素分布以及傳播狀況,確定不同風(fēng)況作用下對(duì)湖區(qū)浮碼頭運(yùn)行以及船舶靠泊影響的最不利情況,揭示湖區(qū)波高變化的主要影響因素,從而對(duì)湖區(qū)浮碼頭安全運(yùn)行的最不利情況進(jìn)行消波研究,將不同防波堤的消波方案的消波結(jié)果進(jìn)行比較分析,最終確定防波堤最優(yōu)消波方案,可為防波堤的優(yōu)化優(yōu)選提供參考意見,為湖區(qū)建筑物安全以及船舶航行和平穩(wěn)靠泊提供安全保障。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)從流體力學(xué)理論出發(fā)回顧了風(fēng)生波浪研究方法以及浮式防波堤結(jié)構(gòu)型式和消波方法,總結(jié)了風(fēng)生波浪數(shù)值模型的發(fā)展情況以及其各自模型局限性,并分析了風(fēng)生波浪的生成機(jī)理以及湖區(qū)防波堤破壞的主要原因。(2)基于Mike 21 SW模型建立湖區(qū)風(fēng)生波浪數(shù)學(xué)模型,并利用在國(guó)內(nèi)湖區(qū)實(shí)際工程中廣泛應(yīng)用的莆田公式、SMB法以及規(guī)范法等經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,以證明Mike 21 SW模型在深水湖泊的可用性,分析不同風(fēng)荷載工況下湖區(qū)水域的波浪條件,分別研究不同風(fēng)速作用下和不同水位下湖區(qū)波高變化情況,從而揭示湖區(qū)波高變化的主要影響因素,以及確定不同風(fēng)況下對(duì)湖區(qū)浮碼頭安全以及船舶通航產(chǎn)生威脅的最不利條件。(3)研究最不利風(fēng)況作用下,不同浮堤布置、不同浮堤角度、不同浮堤長(zhǎng)度、不同浮堤寬度以及不同浮堤型式等消波方案對(duì)浮堤消波效果的影響,將不同消波方案進(jìn)行比較,從而提出浮式防波堤的最優(yōu)布置方案,并分析最優(yōu)浮堤消波方案對(duì)波浪的削減能力。
【學(xué)位單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U656.1
【部分圖文】：

造價(jià)低廉等特點(diǎn)。且在中等波浪條件下，消波效果顯著。常見的浮箱式防波堤是由鋼筋混凝土制成的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)物，寬度約為 8m~12m（最寬可達(dá) 16m)，吃水深度約為 1.0m~4.0m。浮箱的擋水面積以及 B/L（堤寬與波長(zhǎng)之比，簡(jiǎn)稱為相對(duì)寬度）是箱式浮堤的消波效果的主要影響因素。即浮堤的擋水面積愈大，消波效果愈好；堤寬愈大，消波能力愈大。隨著研究的逐漸深入，許多學(xué)者在此基礎(chǔ)上對(duì)箱式浮堤的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提出了雙浮箱式[67]、多浮箱式、浮箱-水平板式[68]、T 型、π型[69]、Y 型[70]等不同的浮箱式防波堤結(jié)構(gòu)型式。Syed 等[71]根據(jù)基于邊界元法的數(shù)學(xué)模型對(duì)單浮箱式、雙浮箱式和三浮箱式防波堤的消浪性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：波浪透射系數(shù)受浮堤的垂蕩運(yùn)動(dòng)、浮箱間距以及浮堤吃水的影響較大，即浮堤吃水深度愈大消浪效果越顯著。董華洋[72]和楊彪等[73]基于試驗(yàn)研究得出，單浮箱－水平板式和雙浮箱－雙水平板式比單浮箱式浮堤的消波效果更為顯著，周期對(duì)浮堤的消波效果有較大的影響，當(dāng)長(zhǎng)周期波浪作用時(shí)雙浮箱－雙水平板式浮堤的消浪效果較好，因其對(duì)波浪具有超強(qiáng)的反射作用和波能耗散作用，不同浮堤結(jié)構(gòu)型式在短周期的波浪作用下消波效果差異較小。

(c)A-frame 型 (d)垂向浮筒式圖 1-2 不同浮筒型式浮式防波堤許多學(xué)者在此基礎(chǔ)上又相繼提出了多浮筒式、雙浮筒-水平板式、浮筒-網(wǎng)籠式[74]、A-frame 型[75]、垂向浮筒式[76]等不同浮筒式防波堤結(jié)構(gòu)型式。2010 年肖霄等[77]基于邊界元法對(duì)雙浮筒-水平板式、單方箱-水平板式和雙浮筒式浮堤的消波效果進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明：雙浮筒-水平板式浮堤的消波效果最好，且錨鏈?zhǔn)芰σ草^小，穩(wěn)定性相對(duì)較好。2013 年高鑫等[78]提出了一種新型適用于深海工程中的板式-浮筒式防波堤結(jié)構(gòu)型式，并驗(yàn)證了其深海中的適用性，可將其應(yīng)用到實(shí)際工程當(dāng)中，尤其在中波作用的水域中應(yīng)用可以取得較好的消波效果，并基于邊界元法對(duì)平板與浮筒的間距和浮筒厚度的消波效果進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，研究表明：平板與浮筒的間距、浮筒厚度總體對(duì)浮堤的透射系數(shù)的影響較小，只在特定位置有一定的變化，相對(duì)變化較小。（3）浮筏式浮筏式防波堤主要是利用浮體與水體間產(chǎn)生的摩擦作用，干擾波浪的水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，破壞波浪內(nèi)部的水流結(jié)構(gòu)，以減小水面上的波浪能量，從而達(dá)到消波

圖 1-3 浮筏式防波堤002 年吳維登等[80]提出了一個(gè)新的鋼管-輪胎浮筏式防波堤，并基于消波性能的主要影響因素進(jìn)行研究分析，結(jié)果表明：筏長(zhǎng)、筏體度、筏傾斜、胸墻及其擺放位置、擋浪面積和自振頻率等因素均筏式防波堤的消波效果有一定的影響，而且該結(jié)構(gòu)在最不利波浪最小透射系數(shù)可低達(dá) 0.22。 浮式防波堤消浪研究進(jìn)展浪透射系數(shù)是指堤后透射波高與入射波高的比值，是評(píng)故浮式防的重要指標(biāo)[81]。目前波浪透射系數(shù)的計(jì)算方法主要有 3 種：理論式及數(shù)值模擬。1）理論推導(dǎo)）Macagno 公式：1984 年 Macagno[82]基于由剛性固定的矩形浮堤越浪等假設(shè)，利用線性波理論，在考慮浮堤寬度、吃水深度、水

【參考文獻(xiàn)】

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1 王云莉;向美燾;孫國(guó)棟;;風(fēng)浪譜模型在滇池碼頭工程中的應(yīng)用[J];水運(yùn)工程;2015年12期

2 齊慶輝;劉麗麗;朱志夏;張海文;陳允才;龐亮;;基于WRF與MIKE-SW模式的連云港海域臺(tái)風(fēng)浪數(shù)值模擬[J];水運(yùn)工程;2015年07期

3 徐麗麗;肖文軍;石少華;堵盤軍;鄭曉琴;張婕;何佩東;;WaveWatch Ⅲ和SWAN模型嵌套技術(shù)在業(yè)務(wù)化海浪預(yù)報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用及檢驗(yàn)[J];海洋通報(bào);2015年03期

4 陳琦;潘金霞;;淺水風(fēng)浪要素推算公式比較[J];水運(yùn)工程;2015年05期

5 廖振華;劉青明;;湄洲灣海域波浪數(shù)值模擬研究[J];中國(guó)水運(yùn)(下半月);2014年09期

6 楊彪;陳智杰;王國(guó)玉;王永學(xué);;雙浮箱-雙水平板式浮式防波堤試驗(yàn)研究[J];水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展A輯;2014年01期

7 劉海成;曹玉芬;陳漢寶;;新型浮式防波堤消浪效果試驗(yàn)研究[J];水利科技與經(jīng)濟(jì);2014年01期

8 何超勇;王登婷;馮衛(wèi)兵;;矩形方箱浮式防波堤消浪性能研究[J];水運(yùn)工程;2014年01期

9 王衛(wèi)遠(yuǎn);何倩倩;楊娟;;杭州灣海域50年一遇波浪數(shù)值模擬研究[J];海洋學(xué)研究;2013年04期

10 翟甲棟;劉錦石;;MIKE21 SW波浪數(shù)值模型在塞拉利昂項(xiàng)目中的應(yīng)用[J];港工技術(shù);2013年06期

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1 董華洋;王永學(xué);陳燕珍;;不同錨泊方式的浮式防波堤消浪性能試驗(yàn)研究[A];第十八屆中國(guó)海洋（岸）工程學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集（下）[C];2017年

2 宋憲倉(cāng);王樹青;;幾種浮式防波堤消波性能數(shù)值分析[A];中國(guó)海洋學(xué)會(huì)2013年學(xué)術(shù)年會(huì)第14分會(huì)場(chǎng)海洋裝備與海洋開發(fā)保障技術(shù)發(fā)展研討會(huì)論文集[C];2013年

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1 房克照;四階完全非線性Boussinesq水波方程及其簡(jiǎn)化模型[D];大連理工大學(xué);2008年

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1 范海榮;多尺度波浪數(shù)值模擬技術(shù)研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2015年

2 陳翔;新型浮式防波堤的設(shè)計(jì)與性能分析[D];江蘇科技大學(xué);2015年

3 尹洪強(qiáng);基于SWAN模式下南海臺(tái)風(fēng)浪的推算[D];大連理工大學(xué);2014年

4 袁超哲;淺水風(fēng)生波、流特性的實(shí)驗(yàn)研究[D];上海交通大學(xué);2014年

5 畢輝;云南澄江撫仙湖景區(qū)旅游開發(fā)模式研究[D];華南理工大學(xué);2013年

6 陶蓉茵;不同風(fēng)場(chǎng)條件下太湖波浪數(shù)值模擬的研究及其應(yīng)用[D];南京信息工程大學(xué);2012年

7 謝鎏曄;臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)與波浪場(chǎng)的數(shù)值模擬研究[D];上海交通大學(xué);2012年

8 王志瑜;雙浮筒浮防波堤水動(dòng)力數(shù)值研究[D];大連理工大學(xué);2011年

9 孫驍帆;海洋風(fēng)浪模型在我國(guó)鄰近海域的應(yīng)用與對(duì)比[D];上海交通大學(xué);2011年

10 肖霄;雙浮筒—水平板式浮防波堤的數(shù)值研究[D];大連理工大學(xué);2010年

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