[发明专利]通过设置水下障碍物来改变水波传播方向的方法

说明书

本发明提供一种通过设置水下障碍物来改变水波传播方向的方法，包括：步骤1.依据目标水域水平跨度确定水下障碍物的底面尺寸；步骤2.确定水下障碍物具体形状；设定水下障碍物母线上的数据点的个数和分布位置，依据变换方程计算出半径与水深对应坐标值；将变化方程计算出的数据代入水下障碍物高度计算公式中，即可得到相应的水下障碍物母线上的数据点坐标值；根据数据点坐标数值绘制母线曲线，将该母线曲线绕中轴线旋转360°生成锥体，即得到水下障碍物的具体形状；步骤3.设置水下障碍物：基于步骤2的数据制作水下障碍物，然后将水下障碍物置于目标水域上游的水底，使经过水下障碍物的水面波浪传播方向偏转，保护目标水域少受波浪影响。

技术领域

本发明属于水利科学与海洋工程技术领域，具体涉及一种通过设置水下障碍物来改变水波传播方向的方法。

技术背景

波浪可能造成岸滩侵蚀、危及行船安全和水上建筑物稳定，波浪的传播对水上漂浮物的聚集和水下动植物的生长也有较大影响。

水利工程中常采用修建实体、透空式、或者浮式防波堤的工程措施来保护岸坡。这种方式结构简单、施工方便，但是造价较高，并且影响景观和生态环境。随着人们生态保护意识的加强，种植防浪林也成为固滩护岸的一种趋势。这种方式具有成本低、工程量小、环境协调性好等优点，但是防浪林的成长需要较长的时间，实施难度较大。

针对波浪产生的船舶和涉水工作平台的摇摆，世界各国先后研究了近百种不同形式的减摇装置。对于船只，目前世界上广泛采用的是减摇水舱、舭龙骨和减摇鳍。其中减摇水舱和舭龙骨结构简单、费用较低，但减摇效果有限。目前居垄断地位的是减摇鳍，其减摇效果最佳，但是装置复杂，造价昂贵，一般只用于军船和一些对减摇要求非常高的船舶。

如果能直接规避波浪或者减弱波浪强度，则可以大幅降低岸堤保护和涉水设施减摇的难度。因此，研究如何有效改变和控制水波传播的路径具有重要的意义和广阔的应用前景。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的是提供一种通过设置水下障碍物来改变水波传播方向的方法，实施过程简单、方便，调控性能好，能够有效改变水面波浪传播方向，减弱波高幅度，进而削弱波浪强度，并且不影响景观和生态环境。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供一种通过设置水下障碍物来改变水波传播方向的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.依据目标水域水平跨度L确定水下障碍物的底面尺寸：

如图1所示，水下障碍物在垂直水深方向的横截面均为同心圆，圆半径随水深方向变化，并且水下障碍物的底面半径为最大；

当仅采用一个水下障碍物时，水下障碍物的最大半径R为该水下障碍物目标水域水平跨度L的一半R＝L/2；如图2所示，当目标水域较宽，需要采用多个水下障碍物排列组合使用时，各个水下障碍物大小可以相同也可以不同，每个水下障碍物的大小依据施工条件、制模条件选择，水下障碍物的排列方式可视实际情况而定，需保证整个目标水域前方均有水下障碍物存在，所有水下障碍物排列后底面对目标水域的正投影尺寸之和应该为水下障碍物目标水域水平跨度L；

步骤2.确定水下障碍物具体形状：

水下障碍物为轴对称结构，确定其母线上数据点的坐标值可得到具体形状，母线为水下障碍物高度hz与半径r的关系函数；

设定水下障碍物母线上的数据点的个数和分布位置，依据以下变换方程计算出半径r与水深H对应坐标值：

式中，h表示当前水深，H表示水域的最大水深，r表示水下障碍物在水深为h处横截面的半径，R表示水下障碍物的最大半径，n₀表示折射率；

水下障碍物高度hz计算公式为：