[发明专利]能够考虑透浪和越浪的大尺度港池波要素高效模拟方法

说明书

本发明公开了一种能够考虑透浪和越浪的大尺度港池波要素高效模拟方法，包括：将工程局部范围水域划分为多个子区域，并确定模型比尺；在各个子区域内分别布置测量仪器构建物理模型，并通过物理模型得到物理模型子区域结果总波能H²_S；通过建立的工程局部范围水域的数学模型得到绕射波能H²_R；通过以物理模型子域中无效模拟范围以及未包含的局部工程水域作为模拟范围构建的子域数学模型得到除物理模型有效区域以外工程区域内的绕射波能H²_R1；由H²_S、H²_R以及H²_R1计算得到物理模型有效区域范围以外工程水域的总波能。其通过将物理模型，数学模型和理论分析合理结合，实现了对大尺度港池全水域波要素的高效模拟，能够适应快节奏工程应用需要。

技术领域

本发明涉及港口、海岸及近海工程波浪要素研究技术领域，特别涉及一种能够考虑透浪和越浪的大尺度港池波要素高效模拟方法。

背景技术

波浪要素是港口、海岸及近海工程研究、设计、施工中最重要的环境动力要素之一。为了科学合理的设计码头和防波堤工程，需要根据工程所在海域深水波浪要素，推算工程方案实施后，工程局部范围水域波浪场。目前常规的研究方法是，1.使用能量方程建立大范围数学模型，将深水波要素推算至工程附近浅水水域。该方法的缺点遇到结构物的绕射和反射模拟精度较低，因此对于工程局部范围水域一般不采用该方法。该方法的优点是计算效率较高，一般用于模拟大范围开敞海域波能变化过程，并为工程局部小范围模型提供边界条件。2.对于工程局部范围水域，使用考虑波浪非线性和色散性的浅水方程建立局部小范围数学模型，模拟工程局部范围水域波浪场。该方法的缺点是不能直接模拟波浪与结构物作用过程中的波面严重变形、破碎、透射以及越浪等复杂的波能传递和转化过程，尤其对于复杂的三维开孔透空结构。为了提高计算效率一般采用浅水方程，也不能模拟水深较大的工况。解决上述问题，可以通过补充自由水面方程和不做浅水假定还原控制方程的方法实现，缺点是计算量较大，不能满足工程应用的快节奏需求。另外，物理模型试验也是开展相关研究的重要手段。但是考虑到试验设备(造波机)、试验场地以及试验精度(例如，防波堤存在开孔或者透空结构，模型比尺不宜过小)的限制，对于大尺度的港池，一般采用分区域模拟，子区域单独模拟很难考虑相邻子区域的影响。以小洋山北侧港区为例，所研究的港区水域面积长6km，宽约1km。为了准确模拟防波堤透空结构的透射过程，考虑透空宽度1m，模型比尺选为1:60。如果仅考虑波浪正向作用试验场地至少要长110m，同样造波机也需要近100m，对于波浪斜向作用的工况，所需要的的尺度更大。这样的试验条件几乎无法实现，因此只能采用分区域的方式模拟。

基于上述工程实践中常遇到的问题，亟待开发一种高效的可以考虑防波堤透浪和越浪的大尺度港池全水域波要素模拟方法。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种能够考虑透浪和越浪的大尺度港池波要素高效模拟方法，通过将物理模型，数学模型和理论分析合理结合，实现了对大尺度港池全水域波要素的高效模拟，能够适应快节奏工程应用的需要。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种能够考虑透浪和越浪的大尺度港池波要素高效模拟方法，包括以下步骤：

S1、根据实际因素将工程局部范围水域划分为多个子区域，并确定模型比尺；