港口、海岸工程水力模型實驗教程簡介

海岸工程水力模型概況

在模型中復演天然波浪運動，用以研究港口防浪掩護、港口淤積、海岸演變、波浪與海岸工程建筑物的相互作用、水流波浪作用下浮體系泊系統(tǒng)問題等。1838年，英國J.S.拉塞爾曾通過實驗研究了孤立波運動；1936年荷蘭建造了專門的波浪水槽進行波浪爬高、越頂?shù)仍囼?；中國?952年試制了第一臺沖擊式生波機。但都限于規(guī)則波試驗。1962年，荷蘭特爾夫脫水工試驗所試制了不規(guī)則波的生波設備。

海岸工程水力模型研究內(nèi)容

港口防浪掩護試驗，一般采用正態(tài)定床的整體模型，模型按重力相似設計。研究內(nèi)容包括：搞清防波堤等建筑物的平面布置和結(jié)構(gòu)形式，航道軸線走向及其尺度等對港內(nèi)波高分布的綜合影響，確定滿足船舶泊穩(wěn)條件下港口的合理平面布置。

港口淤積和海岸演變模型，除保證波浪運動相似條件外，還需考慮泥沙運動的相似。它被用來研究港口在波浪、水流作用下的淤積規(guī)律性和可能采取的防淤措施；預測港口或其他海岸工程建筑物建成后，可能使鄰近海岸發(fā)生的沖淤變化；天然海岸岸灘在波浪、水流作用下的沖淤變化等。

波浪與海岸工程建筑物相互作用的試驗一般采用斷面模型，應按重力相似設計。通過試驗，研究波浪對斜坡式、直墻式、透空式、浮式等建筑物的作用。如確定建筑物上的波浪荷載，建筑物整體或局部的穩(wěn)定性，建筑物周圍水位變化和消浪特性等。

海岸工程水力模型實驗方式

水流、波浪作用下浮體系泊系統(tǒng)問題的試驗，一般需用空間模型。除波浪運動相似外，還需考慮船舶的質(zhì)量相似和慣性相似，碼頭建筑物自身的重力相似（重量相似），自振頻率相似，碼頭防沖系統(tǒng)相似，錨鏈系統(tǒng)彈性模量相似等。

波浪模型試驗的主要設備有波浪槽或試驗港池，也有能同時進行水流、波浪試驗的綜合港池。這些設備中都需要裝生波機，通常采用機械、氣壓、風吹方式產(chǎn)生波浪，也有用機械與風吹相結(jié)合的方式生波?，F(xiàn)今已有采用電子計算機進行控制并模擬天然波浪系列，反映出其統(tǒng)計特征的不規(guī)則生波機。（見彩圖[港口波浪模型試驗]）

建立物理模型應按一定的相似條件，確定原型與模型各個物理量的比值（又稱模型的比尺）。水力模型相似條件，主要包括模型與原型的幾何相似、運動相似、動力相似等 3個方面。常用的海岸工程水力模型，有河口、港灣潮汐水流模型和港口、海岸波浪模型。

為進行海岸工程研究，根據(jù)相似原理，采用物理模型復演，或按流體力學理論運用數(shù)學手段模擬天然海洋環(huán)境中波浪、水流等海岸動力因素的運動狀態(tài)的水力模型。水力模型主要用于研究海岸動力因素同岸灘、海工建筑物相互作用的規(guī)律，預測海岸工程設施的實際效果和影響，論證工程方案的技術(shù)合理性和實施可能性。它是研究海岸工程的一種重要方法。