Mike21-BW在游艇码头平面规划布置中的应用

随着国内游艇码头建设的不断增加,游艇码头港内泊稳条件得到了越来越多的关注。影响游艇码头港内泊稳的主要因素有防波堤的布置、防波堤的结构形式、港内护岸的结构形式等。基于MIKE21-BW模型,以长岛县南长山岛规划建设游艇码头为例,对游艇码头港区的两种布置方案、6个浪向作用下的港内泊稳情况进行了数值模拟。对比两种平面布置方案口门处及港内游艇泊位处波高,分析影响游艇码头港内泊稳的影响因素。结果表明,防波堤位置、口门处防波堤的结构形式及港内陆地护岸的结构形式对游艇码头港内泊稳条件有直接影响。

应用MIKE21对人工岛周围波高分布的数值模拟

文中通过MIKE21-BW模型,运用波浪数学模型方法,对直立式圆柱形人工岛周围的波高分布进行了初步研究。并和已有物理模型的结果进行了比较,验证BW模型应用在人工岛绕射问题上的适用性。同时,给出了人工岛周围波高的分布规律和以及人工岛直径变化对反射-绕射波高比Kd的影响。

近岸波浪变形数值模型的比较研究

外海深水区的波浪传播到近岸浅水区时,受到岛屿、地形与建筑物等影响,发生折射、绕射、反射和破碎等一系列变形。准确计算近岸与港内波浪分布,成为港口与海岸工程研究的重要课题。文章在总结波浪数值模拟发展现状的基础上,对目前常用的基于椭圆型缓坡方程的CGWAVE模型、基于Boussinesq方程的MIKE21-BW模型和基于动谱平衡方程的SWAN模型进行了比较研究。

基于Boussinesq波浪模型的港池波浪数值模拟与泊稳分析

基于Boussinesq方程的MIKE21-BW模型,建立等水深、双突堤式的波浪数值港池,采用不同的波浪入射方向和双突堤口门宽度,分别对波浪经双突堤后的绕射情况进行模拟。根据《港口与航道水文规范》中的计算参数和突堤绕射系数结果,对BW模型进行率定和验证,结果表明二者吻合度较好,可以较好地描述港池的泊稳状况。在此基础上,利用MIKE21-BW模型对秦皇岛某港口防波堤工程的不同布局方案进行模拟计算和泊位稳定性分析,提出了工程设计方案建议。

不同因素对人工岛波浪绕射影响研究

为研究人工岛尺度变化和波浪方向分布对人工岛绕射波浪的影响,基于MIKE21-BW模型应用数值方法模拟人工岛波浪绕射过程。数值结果与Briggs等的物理试验结果的对比表明两者吻合较好,验证了模型的适用性。在规则波条件时,圆形人工岛绕射波浪的数值结果与线性波浪绕射理论解基本一致;采用该模型分别模拟了6种尺度的圆形人工岛、单向不规则波和9种方向分布θ_(max)、4种谱峰周期条件时绕射波浪分布情况。分析结果表明,圆形人工岛绕射系数随着尺度的增加,掩护区绕射系数随之减小;θ_(max)在10°~45°范围内,随着θmax的增大,绕射系数随之增大,θ_(max)在45°~75°内绕射系数变化较小;随着谱峰周期的增加,绕射系数随之增大。研究成果既为相关规范的完善提供了基础,也为相关工程设计提供了参考。

硇洲渔港南港海域波浪场数值模拟研究

通过推算影响工程海域的天气过程,得到工程海域-10m水深处不同重现期设计波要素,然后采用Mike21-BW波浪数学模型,对防波堤布置方案和港内波况进行了计算。结果表明:工程受SW、W和NW向风浪影响较大,外海波浪传播至防波堤和护岸位置处,并无明显衰减,防波堤对港内掩护效果较好;北防波堤的建设十分必要,可显著阻挡NW向波浪,明显改善港内泊稳条件。

规则波作用下潜堤透浪系数数值模拟

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。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。

孤立波作用下组合型港池共振响应的数值研究

港池受到孤立波入射时会在港池内激发多种模态的共振响应。为进一步研究不同平面布置形式港池的响应特性和共振规律,建立不同内外港池长度和连接位置的组合型港池,采用基于Boussinesq方程的波浪数值模型MIKE 21-BW模拟了孤立波作用下组合型港池的共振响应,对数值模拟的结果进行频谱分析和波幅分布测定并与现有理论值比较。结果表明,孤立波正向入射组合型港池激发的主要响应模态的频率和与其长度相等的细长港池的理论固有频率接近,各主要共振模态的振幅与内外港池的长度和两港池口门的距离有密切关系;波浪入射方向和港池内边界反射条件的改变对狭长组合型港池中形成的各共振模态的形状影响不大,但是增大港池宽度会使港池内激发明显的横向共振。最后提出了消减港湾共振的平面布置形式,可为实际工程设计提供指导。

直立码头前沿波高模型及数值模拟

立足港区平面规划布置实际需求,对防波堤掩护下的港域进行波浪物理模型试验。并基于MIKE21-BW模型的数值模拟,研究不规则波以一定角度入射直立式码头后泊位的波高情况。数值模拟及物理模型试验均可考虑波浪由外海传向近岸的绕射、反射及折射等过程。通过上述两种手段对比码头前沿提取的波高数据,结果吻合良好,说明MIKE21-BW模型能够应用于近岸波浪的传播变形及港区波浪条件研究中,为港区的平面布置提供科学的研究依据。

透浪建筑物掩护水域波浪数值模拟研究

为了研究透浪水工结构掩护水域的波浪条件,采用MIKE21系列软件的BW模块及SWAN模型对假定工况下的波浪传播进行了模拟。通过2组数值模拟结果与整体波浪物理模型试验结果的对比,比较了2种数值方法模拟掩护水域波浪条件的可行性及适用性,然后采用SWAN模型模拟了12级风条件下潜堤掩护水域的风浪场,取得了较好的效果。

渔港有效避风面积计算探讨——以霞关渔港为例

海洋渔业生产安全,关系到广大渔民的切身利益,一直是各级政府部门高度关注的民生问题。建设好海洋渔业安全环境保障系统,为渔业生产安全管理提供有力的技术支撑,不仅是国家海洋局当前重中之重的工作,也是沿海各省自身应做好的工作职责。而通过渔港有效避风面积计算确定渔港避风容量,确保渔船在港内安全避风,是海洋环境专题预报中的重要内容。本文利用Mike21-BW模型,结合霞关一级渔港的设计实例,计算渔港的港内波况,统计出渔港有效避风面积,并按0.6 m以下、0.6—0.8 m和0.8—1.0 m三类港内波高段进行划分,确定相应的避风区域,进一步完善海洋渔业生产安全保障系统,为海洋渔业行政主管部门指导渔业安全生产提供了有力的技术支撑。

不规则波作用下人工岛群中外围人工岛掩护效果的研究

文中通过MIKE21-BW模型,对由内侧圆形人工岛和外围矩形人工岛组成的人工岛群的波浪场进行了数值研究。给出了不规则波作用下不同平面布局人工岛周围波高分布。讨论了外围矩形人工岛相对宽度B/D、前后人工岛相对距离h/D、内侧圆形人工岛圆心与外围矩形人工岛两端点所夹角度α等因素对内侧圆形人工岛掩护效果的影响。

波浪形态及方向分布对港域波浪传播的影响

航道开挖会对波浪的传播产生显著影响,使港内波浪及泊稳条件发生变化。依托物理模型试验结果,验证了MIKE21中BW数值模型的合理性,证实二者结果吻合良好,随后利用该模型对比分析了在规则波、单向不规则波以及多向不规则波作用下,港域波浪扰动系数的分布规律及区别。结果表明:小角度入射波浪下,单向不规则波与规则波在航道迎浪面边坡发生的波能聚集现象明显强于多向不规则波;多向不规则波的方向分布对波浪在航道中的传播产生影响,波浪方向分布范围越窄,航道的折射效应及能量汇聚过程也越明显,航道边坡上的扰动系数也越大。因此在实际工程的航道设计中,应该考虑到不同形态波浪及多向波方向分布在航道传播过程中的差异,尤其在某些涌浪作用较强、波浪能量分布较为集中的港域,以单向不规则波甚至是规则波作为入射波浪将更加合理安全。

渔港港内水域的消浪工程

通过MIKE21 BW模块计算苍南县石砰渔港建成后港内水域的波高变化。在分析港内水域波高增加的原因后,提出了3种消浪工程方案,通过数学模型计算论证了不同工程方案对渔港港域的消浪效果。

龙口南山LNG码头工程波浪数值模拟研究

为研究规划建设的龙口南山LNG码头的波浪分布情况,采用MIKE 21 BW波浪数学模型,对工程海域波浪进行了数学模型计算,推求了工程设计波要素、港区波高分布。数值模拟结果表明:龙口南山LNG所在地海域常浪向为NE向,强浪向为NE向和NNE向;不同设计水位下,拟建LNG码头处在重现期100年一遇波浪作用、重现期50年一遇波浪作用和重现期2年一遇波浪作用时,拟建码头处最大H13%波高分别为5.06m、4.62m、和2.53m。

巽寮湾的波浪数值模拟及游艇泊稳分析

以中航巽寮湾帆艇俱乐部码头布置为依托,利用第三代风浪模型中的SWAN和MIKE21BW模型,对巽寮湾所在海域深水波要素进行了数值模拟。根据从SWAN波浪数学模型中提取港内泊稳条件计算的起始波要素,利用MIKE21BW波浪数学模型,对码头建设后各泊位前的波高分布进行了模拟。研究结果表明:NW方向波浪的影响最大。根据游艇泊稳条件,对2种防波堤方案的优劣进行了分析,2个方案都能较好地阻挡外海S方向、SW方向和W方向波浪侵袭港池。但是,在NW方向的影响下,部分泊位点不能满足泊稳要求。根据计算结果和分析,方案二的防护效果优于方案一的。研究结果为巽寮湾工程的平面布置提出了技术建议。

某拟建修造船厂工程波浪分析

依据秦皇岛海洋站34年实测资料统计分析出的不同重现期的波浪要素,针对某拟建修造船厂工程总平面布置方案,利用TK-2D波浪数学模型及MIKE21的BW方程波浪数学模型,对工程建成前后的波浪场进行模拟。确定了工程区域各等深线处的设计波要素,论证了船厂码头和不同的防波堤、进港航道平面方案布置对港内的泊稳条件、拟建码头前的波浪变形情况以及波浪变化对码头作业天数的影响。模型中考虑了波浪的折射、绕射、反射、底部损耗等因素,为工程设计提供依据。