规则波作用下潜堤透浪系数数值模拟.pdf

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1、第１期水利水运工程学报Ｎｏ．１２０１７年２月ＨＹＤＲＯ⁃ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＦｅｂ．２０１７ＤＯＩ：１０．１６１９８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－６４０Ｘ．２０１７．０１．０１３潘冬冬，郝嘉陵，王红川．规则波作用下潜堤透浪系数数值模拟［Ｊ］．水利水运工程学报，２０１７（１）：９５－１０２．（ＰＡＮＤｏｎｇｄｏｎｇ，ＨＡＯＪｉａｌｉｎｇ，ＷＡＮＧＨｏｎｇｃｈｕａｎ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｖｅｒｓｕｂｍｅｒｇｅｄｂｒｅａｋｗａｔｅｒ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏ⁃Ｓｃｉｅｎｃｅ

2、ａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７（１）：９５－１０２．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））规则波作用下潜堤透浪系数数值模拟１，２１，２３潘冬冬，郝嘉凌，王红川（１．海岸灾害及防护教育部重点实验室（河海大学），江苏南京２１００９８；２．河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏南京２１００９８；３．南京水利科学研究院，江苏南京２１００２９）摘要：潜堤透浪系数是衡量潜堤削弱波浪能力的主要指标。基于Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ型方程的ＭＩＫＥ２１⁃ＢＷ模型建立波浪数值水槽，进行规则波作用下潜堤透浪系数的数值模拟。根据Ｄｉｎｇｅｍａｎｓ物理模型试验结果对ＢＷ模型进行参数率定和验证，验证结果良好。

3、在此基础上，进一步分析了影响潜堤透浪系数的无因次影响参数，包含相对淹没深度、波陡、相对堤顶宽度、斜坡堤坡度等，研究不同因素组合情况下潜堤透浪系数的变化规律。建立了规则波作用下潜堤透浪系数的计算式，应用ＭＡＴＬＡＢ数学软件对式中的系数进行拟合，拟合式计算值与ＢＷ模型计算值相关系数为０．８５８，相关性较好。另外，将拟合式与杨正己公式进行比较，并分析数据的差异与原因。研究表明：ＭＩＫＥ２１⁃ＢＷ模型可以进行规则波作用下潜堤透浪系数的数值模拟。关键词：潜堤；透浪系数；ＭＩＫＥ２１⁃ＢＷ模型；规则波；数值模拟中图分类号：ＴＶ１３９．２文献标志码：Ａ文章编号：１００９－６４０Ｘ（

4、２０１７）０１－００９５－０８潜堤是一种常用的护岸工程建筑物，一般是指淹没在水中的防护堤。潜堤广泛应用于护岸、保滩促淤、围海造田、防浪、挡沙和导流等海岸工程中。潜堤的消浪特性是人们广为研究的课题，而透浪系数是衡量潜堤削弱波浪能量的主要指标。波浪越过潜堤时，一部分波能被反射，另一部分波能由于堤顶水深限制导致波浪破碎而损耗。所以，潜堤堤后波高主要与入射波要素、潜堤的几何尺寸和水深等因素有关。潜堤透浪系数的研究主要有物理模型试验和数值模拟两种方法，物理模型试验是目前国内外采用较多［１］的研究方法。杨正己等通过在波浪水槽中的物理模型试验得出规则波作用下的潜堤透浪系数经验公式。

5、［２］ＶａｎｄｅｒＭｅｅｒ利用前人及本身试验测量结果，认为潜堤透浪系数仅为堤顶淹没水深与入射波有效波高比值［３］的函数。邹红霞等通过物理模型试验研究了不规则波作用下抛石潜堤的透射系数以及堤后稳定波高的［４］统计分布。冯卫兵等通过物理模型试验研究分析了影响潜堤透射系数的各个因素，并且分别拟合出规则［５］波和不规则波情况下的潜堤透浪系数。而在数模方面，张娜等运用断面物理模型试验和数值模拟相结合［６］的方法，进行港内带有潜堤及透浪式建筑物的总平面布置可行性研究。江鸣基于Ｆｌｏｗ３Ｄ软件中的ｋ-ε模型以及ＶＯＦ自由表面追踪法，建立了垂向二维数值波浪水槽模型，对系列矩形潜堤附近

6、的波浪运动进行了［７］研究。贾晓等应用ＢＷ模型基于孔隙层的设置来模拟反射边界和透射建筑物。［８－９］［１０－１１］［１２］波浪数值计算模型主要基于缓坡方程、能量平衡方程及Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ型方程。其中Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程是在时域内求解质量和动量守恒方程，可以模拟出波浪传播过程中波面的变化、水下质点运动和波浪破碎等信息。目前应用比较成熟的商业软件主要有ＭＩＫＥ２１⁃ＢＷ模型及Ｄｅｌｆｔ３ＤＢｏｕｓｓｓｉｎｅｓｑ模块，开源软件有Ｆｕｎｗａｖｅ等。其中ＭＩＫＥ２１⁃ＢＷ模型是基于Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ型方程的时域数值解，同时考虑了波浪的非线性和弥散性，可以精确模拟小范围

7、的波浪传播变形。收稿日期：２０１６－０３－２１基金项目：国家自然科学基金重点项目（５１３９００５）；国家自然科学基金青年项目（５１４０９０９４）作者简介：潘冬冬（１９８９—），男，安徽安庆人，硕士研究生，主要从事河流海岸水动力学研究。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｐａｎｄｄ１５＠１６３．ｃｏｍ９６水利水运工程学报２０１７年２月本文采用ＭＩＫＥ２１⁃ＢＷ模型进行规则波作用下的潜堤透浪系数的数值模拟。１控制方程ＭＩＫＥ２１⁃ＢＷ模型控制方程如下：∂ξ∂Ｐ∂Ｑ连续方程：ｎ＋＋＝０（１）∂ｔ∂ｘ∂ｙＸ向动量方程：２∂Ｒ∂Ｒ∂Ｐ∂﹝Ｐ﹞∂﹝ＰＱ﹞ｘｘｘｙ２∂ξｎ＋

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