房 欣 徐 鑫 王鋅鑫 羅玉來(lái) 吳含笑

（重慶交通大學(xué)河海學(xué)院， 重慶 南岸 400074）

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得出：某特定浮式防波堤在規(guī)則波作用下的透射系數(shù)魚堤前波陡、堤前波高、堤前波能、堤前波能流等波浪特征要素的關(guān)系并擬合出了其對(duì)應(yīng)合理的透射系數(shù)的方程。為同比例放大的浮式防波堤在實(shí)際工程中的應(yīng)用以及其他防波堤透射系數(shù)的研究提供一定參考。

1 浮式防波堤實(shí)驗(yàn)條件和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器

本次物理模型實(shí)驗(yàn)在重慶交通大學(xué)港工廳內(nèi)的30m×50cm×1m (長(zhǎng)×寬×深) 波浪水槽中進(jìn)行。水槽的一端配有機(jī)械式規(guī)則波造波機(jī)，另一端配有消能緩坡，由計(jì)算機(jī)控制產(chǎn)生所要求的特定波浪要素的波浪。波浪要素測(cè)量需用的3 支電容式波高傳感器，通過(guò)自動(dòng)采集系統(tǒng)采集波高，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理形成所需的數(shù)據(jù)文件。實(shí)驗(yàn)所用的浮式防波堤是按照1：40 比例縮小的浮式防波堤75cm×50cm×25cm（長(zhǎng)×寬×高），是由PVC 工程塑料骨架拼接而成的多層豎向分布結(jié)構(gòu)，每一豎層均由覆蓋有孔隙率為0.5 無(wú)仿土工布的鋼絲網(wǎng)組成，各豎層間距約為12.5cm。骨架兩端上方各固定有一排直徑300mm 的塑料浮筒為整個(gè)消能裝置提供浮力。錨固裝置由兩塊固定在水槽底部的T 型鐵塊和四根尼龍繩組成。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備布置

浮堤模型布置在試驗(yàn)水槽中部，端部用尼龍繩連接在水槽底部的T 型鐵塊上。在模型前布置2 根波高傳感器測(cè)量堤前波高，測(cè)量點(diǎn)位置與模型的距離應(yīng)大于一倍波長(zhǎng)。在模型后布置1 根波高傳感器測(cè)量堤后波高，根據(jù)這3 根波高儀測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析進(jìn)而進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。模型在水槽中總體布置如下圖所示：

實(shí)驗(yàn)水槽內(nèi)斷面圖

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1） 打開(kāi)輸水閥門待浮式防波堤升至適宜高度；2） 通過(guò)控制轉(zhuǎn)數(shù)為350 轉(zhuǎn)/分，通過(guò)調(diào)整造波等級(jí)，調(diào)整造波高度；3） 開(kāi)始造波并待波浪傳播穩(wěn)定后進(jìn)行測(cè)量；4） 停機(jī)改變波高，重復(fù)造波、測(cè)量7 組；5） 停機(jī)改變轉(zhuǎn)數(shù)為300 轉(zhuǎn)/分，造波等級(jí)設(shè)定為4；6） 重復(fù)（3） -（5），停機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)增加50轉(zhuǎn)/分，重復(fù)造波、直至測(cè)量7 組。

2 透射系數(shù)與波浪特征要素關(guān)系的分析

采用防波堤后的波高與堤前波高的比值作為透射系數(shù)，依次分析堤前波陡、堤前波高、堤前波能、堤前波能流的關(guān)系并擬合出其對(duì)應(yīng)合理的透射系數(shù)的方程。

1） 只改變波高（波陡范圍0.033＜x＜0.148，波長(zhǎng)范圍2.209 米＜L＜2.248 米）

①堤前波陡對(duì)應(yīng)的最優(yōu)透射系數(shù)方程為：y=0.4361ê (-6.533x)；②堤前波高對(duì)應(yīng)的最優(yōu)透射系數(shù)方程為：y=-0.0002x3+0.0105x2-0.1938x+1.2296；③堤前波能對(duì)應(yīng)的最優(yōu)透射系數(shù)方程為：y = -4E-06x3+0.0009x2-0.0461x+0.8；④堤前波能流對(duì)應(yīng)的最優(yōu)透射系數(shù)方程為：y =-9E-07x3+ 0.0003x2-0.0277x+0.8019

2） 同時(shí)改變周期和波高(波陡的范圍0.043＜x＜0.778，波長(zhǎng)范圍：1.151 米＜L＜2.675 米)

①波陡對(duì)應(yīng)的最優(yōu)透射系數(shù)方程為：y = 0.4065ê (-2.375x)；②堤前波高對(duì)應(yīng)的最優(yōu)透射系數(shù)方程為：y =-3E-06x3+ 0.0007x2- 0.0451x + 1.1008；③堤前波能對(duì)應(yīng)的最優(yōu)透射系數(shù)方程為：y=-5E-09x3+8E-06x2-0.0038x + 0.6394；④堤前波能流對(duì)應(yīng)的最優(yōu)透射系數(shù)方程為：y= 6E-07x2-0.0011x + 0.5403

3 結(jié)論和建議

1） 因?yàn)楦鞣N浮式防波堤具體結(jié)構(gòu)形式以及錨固方式的不同，所以其透射系數(shù)很難有統(tǒng)一的計(jì)算公式。在本次物理實(shí)驗(yàn)中，我們可以推出特定實(shí)驗(yàn)條件下（防波堤高度/水深=0.61，波陡范圍0.033m～0.778m，波長(zhǎng)范圍：1.151m～2.675m）兩種實(shí)驗(yàn)波陡對(duì)應(yīng)的在工程適用性較大的無(wú)量綱透射系數(shù)方程分別為：

y=0.4361ê（-6.533x） 和y= 0.4065ê (-2.375x)。

2） 目前，我們的等比例縮小40 倍模型使用的是PVC工程塑料以及無(wú)紡?fù)凉げ?，而在?shí)際工程中浮式防波堤所需要的材料應(yīng)該是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的鋼材和有紡?fù)凉げ迹@也導(dǎo)致浮式防波堤的工程造價(jià)較高，有待尋找工程替代材料進(jìn)而降低造價(jià)。