斜坡上潜堤透射系数实验研究

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1、http://www.paper.edu.cn斜坡上潜堤透射系数实验研究１,21,21,21,2陈杰，蒋昌波，曹永港，郭杰1长沙理工大学水利学院，长沙(410076)2湖南省水沙科学与水灾害防治重点实验室，长沙(300456)E-mail：chenjie166@yahoo.com.cn摘要：潜堤是防止海岸侵蚀常用的护岸建筑物。透射系数是评价潜堤消浪效果的指标。本文在波浪水槽实验基础上，提出斜坡上潜堤透射系数的定义，分析研究线性波和椭圆余弦波作用下斜坡上潜堤透射系数与相对堤顶水深R/Hi，潜堤的相对高程R/d以及相对位置X/L的关系，旨在更好的评价近岸海区潜堤的消波效果，为防止海岸侵蚀提供

2、科学依据。关键词：潜堤；斜坡；透射系数；实验研究中图分类号：TV139.2;U656.35文献识码：A波浪是造成海滩侵蚀的主要动力因素之一，在开敞式海岸地区尤为明显。为了防止海岸侵蚀，保护岸上的设施、建筑物等，往往需要修建护岸工程。潜堤是一种常用的护岸建筑物。潜堤不仅能使波浪提前破碎，而且能阻挡和减弱外海浪作用，从而达到防止海岸被侵蚀的目的。[1][2]许多学者对潜堤开展了大量的研究。Losada等分别研究了非破碎规则波和非规则波越过[3][4]潜堤时的特性。Hur等将数值模拟和模型实验相结合，研究多向随机波越过斜坡上潜堤时的[5][6]变形和破碎特性。Cho等对规则波在平底上组合潜堤的

3、反射进行实验研究。Jeng等通过模型[7]实验对直立防波堤前的潜堤进行研究。Kobayashi等进行非规则波作用下斜坡上可渗潜堤实验[8]研究。Johnson分析各种波浪数学模型在潜堤计算中的运用。潜堤的透射系数(Transmissioncoefficient)是评价潜堤削减波浪能力的主要指标，对潜堤透[9]射系数的分析是研究潜堤阻挡和减弱外海浪作用、防止海岸侵蚀的关键。薛万东等针对飞雁滩油田岸线受侵蚀状况，对潜堤的透射系数等进行了分析研究，提出利用潜堤进行保滩促淤。张[10]日向等对四种结构型式的潜堤分别进行了波浪水槽实验,测试其透射系数,在此基础上,给出[11]计算潜堤透射系数的经验

4、公式。陈兆林通过物理模型实验,对斜坡堤、大圆筒以及板桩直立堤[12]的3种潜堤断面,在不同水位、波高作用下的消波效果进行分析研究。Rambabu和Mani运用数学[13]模型研究了潜堤堤顶水深、堤顶宽度、入射波浪要素等对潜堤透射系数的影响。谢世楞等通[14]过物理模型试验，得出半圆型潜堤的透射系数计算公式。《海港工程设计手册》给出斜坡型[15]潜堤、立壁和矩型潜堤、半圆型潜堤透射系数计算公式。《港口工程技术规范》给出抛石潜堤透射系数的经验公式。以上成果主要是对平底上潜堤的透射系数及其影响因素开展研究，或是给出平底上各种潜堤透射系数的经验计算公式。现实中的潜堤多修建在近岸地区，波浪传播到近

5、岸地区由于水深逐渐变浅，波浪将会发生波高逐渐增大等一系列的浅水变形。前述成果主要对平底上潜堤的透射系数及其影响因素开展研究，潜堤的透射系数定义为透射波高与入射波高的比值，没有考虑波浪浅水变形作用的影响。１本课题得到国家自然科学基金资助项目（No.50479015，10202003），教育部新世纪优秀人才支持计划（No.NCET-05-0710）的资助。1http://www.paper.edu.cn本文在波浪水槽实验的基础上，提出斜坡上潜堤的透射系数定义，并分析研究在线性波和椭圆余弦波作用下各种因素对斜坡上潜堤透射系数的影响。1．斜坡上潜堤透射系数的定义平底上潜堤透射系数定义为波浪透过潜

6、堤时，堤后波高与入射波高的比值：KHH=/（1）tti其中：K为透射系数，H为堤后透射波高，H为入射波高。tti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而破碎损耗,剩余的能量为透射波能量，透射波高与反射波能量及波浪破碎损耗能量有关。反射波能量与波浪破碎损耗能量越大,透射波高越小,即透射系数K越小,潜堤的消浪效果越好，防止海岸被侵蚀的效t果越好。波浪沿斜坡传播过程中,由于水深变浅，非线性作用增强，波峰逐渐变尖，波谷坦化，波高逐渐增大直至破碎。斜坡上潜堤的透射系数，如果再定义为堤后波高与入射波高的比值，就不能考虑斜坡上非线性作用使波高沿斜坡逐渐增大这一过程，在此基础上定

7、义的透射系数难以准确反应潜堤的消波效果。因此，本文考虑斜坡上非线性作用使波高沿斜坡逐渐增大这一过程，提出斜坡上潜堤透射系数的定义为修建潜堤后的堤后波高与修建潜堤前该位置波高的比值：K=HH′/（2）ttt其中：K为斜坡上潜堤的透射系数，H′为修建潜堤后的堤后波高，H为修建潜堤前该位ttt置的波高。2．斜坡上潜堤透射系数实验研究根据分析，影响斜坡上潜堤消波效果的因素有：水深d，潜堤堤顶水深R，潜堤的堤顶宽度B，潜堤在斜坡上的位置X，潜