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波浪整体物理模型试验在港口工程建设中的应用3300字

摘要：数学模型试验、断面物理模型试验在港口工程建设中应用广泛但都有一定的

局限性。波浪整体物理模型试验能够直接验证港口工程相关构筑物的稳定性，直观地展现越

浪量、波浪爬高及波浪打击范围，对于完善和优化工程结构设计、保障结构安全起到十分重

要的作用。文章以某工程为例，简要分析波浪整体物理模型试验在港口工程建设中的应用。

毕业

关键词：数学模型断面物理模型整体物理模型港口工程试验

港口工程开发建设及外海防护性工程是一项在技术上十分复杂的工程，尤其波浪动力作

用方面仍有许多问题未能很好解决。以往港口开发建设及防护性工程大多位于浅水地区或建

设的岸线规则，不可预见因素少，加上投资规模较小，因此较少采用整体物模试验进行设计

验证。近年来相关工程有逐渐向外海深水发展的趋势，投资规模逐渐扩大――尤其是景观性

填海护岸工程的兴起，此类工程往往岸线曲折多变，潮流产生的沿岸流经折射、衍射等多重

作用，使工程面对的环境更加恶劣和复杂。

近四、五年，随着填海护岸项目的增多，水运行业积累了很多相关的设计和施工经验，

工程技术人员对于整体物模试验在护岸工程结构设计方面重要性的认识水平也在不断提高。

相关规范规定：防波堤结构应进行波浪模型试验验证，但并未明确是进行数学模型（以下简

称数模）、断面物理模型还是整体物理模型试验，因此在执行中往往还结合设计单位的意见

去执行。

1.三种波浪模型试验的对比分析

在项目的开发建设过程中，数学模型是运用数理逻辑方法和数学语言建构的科学或工程

模型，随着计算机科学的发展，相关软件就可以完成该项工作，一般是用数模进行工程区域

的波浪、潮流及泥沙推算。断面物理模型是将各分段设计方案按模型比例在水槽中试验，了

解各分段护岸在波浪作用下的稳定性、波浪爬高、越浪量、波浪力和波浪打击范围，以便合

理确定护岸各控制点高程及尺度、护面块体及护底规格，为设计提供科学依据。整体物理模

型试验除了具有断面物理模型试验的特点外，还能测试波浪转角处（波浪凸凹转角处形成波

能集中区，影响护岸的稳定性）及斜向波浪及本项目与已建的附近其它工程相接段护面块体

的稳定性。

在技术方面：数模与整体物理模型均是对整个建设项目的模拟，但数模对细微的局部影

响无法监测和测量；断面物理模型与整体物理模型均是对工程的实际模拟，但断面模型无法

试验出凸凹转角处、工程衔接点、斜向浪冲击等特殊段、特殊环境的波浪影响作用。因此，

整体物理模型试验能直观、最面地展现波浪对整个项目区域的影响及项目建设后的安全性和

稳定性。

在经济方面：数模投入的人力、物力和资金一般较少，对场地没有限制；断面物理模型

的投入居中，对场地的要求一般；整体物理模型的投入较大，对场地要求严格，据不完全统

计，目前我国仅有少数几家科研机构可以完成大型的整体物理模型试验。

2.三种模型试验在某项目中的应用

某项目位于大连市南部海岸的西段，凌水湾内，岸线自然弯曲，平均走向为东偏北约

45°。其东部水深变化较缓，西部水深变化较大，由于敞海，风浪较大，直接受外海波浪影

响。项目由两个工程组成，均为填海造地项目。项目周边在近5年内均各有一个填海造地项

目、“豆腐坨”小岛夹在已建项目与本项目之间、项目外侧还有四个小岛对本项目形成拱卫“”。

2.1数模试验在工可研阶段的应用

由于大连对南部海域的开发加之项目周边填海造地工程的建设，致使项目周边波浪和环

境发生了较大变化。实验机构通过数模试验，确定拟建护岸的设计波浪要素，为护岸水工结

构可行性研究及施工图设计提供科学、合理的设计依据；在极端高水位、设计高水位和设计

低水位，采用不规则波，进行波浪推算，给出拟建水工建筑物前不同重现期（50年、25年、

10年、5年、2年一遇）设计波浪要素。试验时采用丹麦水力研究所（DHIWaterEnvironment）

开发的MIKE21软件中的SW（SpectralWaveFM）模型来推算工程区域的设计波浪要素。SW

模型可考虑波浪绕射、浅水变形、局部风成浪、海底摩擦和波浪破碎的影响。

除上述设计参数外，从数模试验结果来看，整体泥沙冲淤变化较小，最大年冲淤量不到

1cm；河道内整体呈淤积状态，但淤积量很小，年冲淤量不到1.0cm。能满足国家相关规定

及项目投入使用后的需要。

2.2断面物理模型试