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1、第１期水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)Ｎｏ．１２０１７年２月ＨＹＤＲＯ?ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＦｅｂ．２０１７ＤＯＩ：１０．１６１９８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－６４０Ｘ．２０１７．０１．０１３潘冬冬，郝嘉陵，王紅川．規(guī)則波作用下潛堤透浪系數(shù)數(shù)值模擬［Ｊ］．水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，２０１７（１）：９５－１０２．（ＰＡＮＤｏｎｇｄｏｎｇ，ＨＡＯＪｉａｌｉｎｇ，ＷＡＮＧＨｏｎｇｃｈｕａｎ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｖｅｒｓｕｂｍｅｒｇｅｄｂｒｅａｋｗａｔｅｒ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏ?Ｓｃｉｅｎｃｅ
2、ａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７（１）：９５－１０２．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））規(guī)則波作用下潛堤透浪系數(shù)數(shù)值模擬１，２１，２３潘冬冬，郝嘉凌，王紅川（１．海岸災(zāi)害及防護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（河海大學(xué)），江蘇南京２１００９８；２．河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院，江蘇南京２１００９８；３．南京水利科學(xué)研究院，江蘇南京２１００２９）摘要：潛堤透浪系數(shù)是衡量潛堤削弱波浪能力的主要指標(biāo)。基于Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ型方程的ＭＩＫＥ２１?ＢＷ模型建立波浪數(shù)值水槽，進(jìn)行規(guī)則波作用下潛堤透浪系數(shù)的數(shù)值模擬。根據(jù)Ｄｉｎｇｅｍａｎｓ物理模型試驗(yàn)結(jié)果對(duì)ＢＷ模型進(jìn)行參數(shù)率定和驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果良好。
3、在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了影響潛堤透浪系數(shù)的無因次影響參數(shù)，包含相對(duì)淹沒深度、波陡、相對(duì)堤頂寬度、斜坡堤坡度等，研究不同因素組合情況下潛堤透浪系數(shù)的變化規(guī)律。建立了規(guī)則波作用下潛堤透浪系數(shù)的計(jì)算式，應(yīng)用ＭＡＴＬＡＢ數(shù)學(xué)軟件對(duì)式中的系數(shù)進(jìn)行擬合，擬合式計(jì)算值與ＢＷ模型計(jì)算值相關(guān)系數(shù)為０．８５８，相關(guān)性較好。另外，將擬合式與楊正己公式進(jìn)行比較，并分析數(shù)據(jù)的差異與原因。研究表明：ＭＩＫＥ２１?ＢＷ模型可以進(jìn)行規(guī)則波作用下潛堤透浪系數(shù)的數(shù)值模擬。關(guān)鍵詞：潛堤；透浪系數(shù)；ＭＩＫＥ２１?ＢＷ模型；規(guī)則波；數(shù)值模擬中圖分類號(hào)：ＴＶ１３９．２文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ文章編號(hào)：１００９－６４０Ｘ（
4、２０１７）０１－００９５－０８潛堤是一種常用的護(hù)岸工程建筑物，一般是指淹沒在水中的防護(hù)堤。潛堤廣泛應(yīng)用于護(hù)岸、保灘促淤、圍海造田、防浪、擋沙和導(dǎo)流等海岸工程中。潛堤的消浪特性是人們廣為研究的課題，而透浪系數(shù)是衡量潛堤削弱波浪能量的主要指標(biāo)。波浪越過潛堤時(shí)，一部分波能被反射，另一部分波能由于堤頂水深限制導(dǎo)致波浪破碎而損耗。所以，潛堤堤后波高主要與入射波要素、潛堤的幾何尺寸和水深等因素有關(guān)。潛堤透浪系數(shù)的研究主要有物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬兩種方法，物理模型試驗(yàn)是目前國內(nèi)外采用較多［１］的研究方法。楊正己等通過在波浪水槽中的物理模型試驗(yàn)得出規(guī)則波作用下的潛堤透浪系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式。
5、［２］ＶａｎｄｅｒＭｅｅｒ利用前人及本身試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，認(rèn)為潛堤透浪系數(shù)僅為堤頂淹沒水深與入射波有效波高比值［３］的函數(shù)。鄒紅霞等通過物理模型試驗(yàn)研究了不規(guī)則波作用下拋石潛堤的透射系數(shù)以及堤后穩(wěn)定波高的［４］統(tǒng)計(jì)分布。馮衛(wèi)兵等通過物理模型試驗(yàn)研究分析了影響潛堤透射系數(shù)的各個(gè)因素，并且分別擬合出規(guī)則［５］波和不規(guī)則波情況下的潛堤透浪系數(shù)。而在數(shù)模方面，張娜等運(yùn)用斷面物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合［６］的方法，進(jìn)行港內(nèi)帶有潛堤及透浪式建筑物的總平面布置可行性研究。江鳴基于Ｆｌｏｗ３Ｄ軟件中的ｋ-ε模型以及ＶＯＦ自由表面追蹤法，建立了垂向二維數(shù)值波浪水槽模型，對(duì)系列矩形潛堤附近
6、的波浪運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了［７］研究。賈曉等應(yīng)用ＢＷ模型基于孔隙層的設(shè)置來模擬反射邊界和透射建筑物。［８－９］［１０－１１］［１２］波浪數(shù)值計(jì)算模型主要基于緩坡方程、能量平衡方程及Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ型方程。其中Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程是在時(shí)域內(nèi)求解質(zhì)量和動(dòng)量守恒方程，可以模擬出波浪傳播過程中波面的變化、水下質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和波浪破碎等信息。目前應(yīng)用比較成熟的商業(yè)軟件主要有ＭＩＫＥ２１?ＢＷ模型及Ｄｅｌｆｔ３ＤＢｏｕｓｓｓｉｎｅｓｑ模塊，開源軟件有Ｆｕｎｗａｖｅ等。其中ＭＩＫＥ２１?ＢＷ模型是基于Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ型方程的時(shí)域數(shù)值解，同時(shí)考慮了波浪的非線性和彌散性，可以精確模擬小范圍
7、的波浪傳播變形。收稿日期：２０１６－０３－２１基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（５１３９００５）；國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（５１４０９０９４）作者簡(jiǎn)介：潘冬冬（１９８９—），男，安徽安慶人，碩士研究生，主要從事河流海岸水動(dòng)力學(xué)研究。Ｅ?ｍａｉｌ：ｐａｎｄｄ１５＠１６３．ｃｏｍ９６水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)２０１７年２月本文采用ＭＩＫＥ２１?ＢＷ模型進(jìn)行規(guī)則波作用下的潛堤透浪系數(shù)的數(shù)值模擬。１控制方程ＭＩＫＥ２１?ＢＷ模型控制方程如下：?ξ?Ｐ?Ｑ連續(xù)方程：ｎ＋＋＝０（１）?ｔ?ｘ?ｙＸ向動(dòng)量方程：２?Ｒ?Ｒ?Ｐ?﹝Ｐ﹞?﹝ＰＱ﹞ｘｘｘｙ２?ξｎ＋
8、
9、＋
10、
11、＋
