层析水波理论--GN波浪模型

海洋工程中固定结构很多，如海洋立管、桩柱、管线、单点和固定式平台等等。计算作用在这些固定结构上的波浪力，是非常重要的课题。理论上一般采用两个不同的近似方法进行研究。一个所谓Morison方程的应用；另一个就是绕射理论(或称为势流理论)。

海岸工程水力模型概况

在模型中复演天然波浪运动，用以研究港口防浪掩护、港口淤积、海岸演变、波浪与海岸工程建筑物的相互作用、水流波浪作用下浮体系泊系统问题等。1838年，英国J.S.拉塞尔曾通过实验研究了孤立波运动；1936年荷兰建造了专门的波浪水槽进行波浪爬高、越顶等试验；中国于1952年试制了第一台冲击式生波机。但都限于规则波试验。1962年，荷兰特尔夫脱水工试验所试制了不规则波的生波设备。

海岸工程水力模型研究内容

港口防浪掩护试验，一般采用正态定床的整体模型，模型按重力相似设计。研究内容包括：搞清防波堤等建筑物的平面布置和结构形式，航道轴线走向及其尺度等对港内波高分布的综合影响，确定满足船舶泊稳条件下港口的合理平面布置。

港口淤积和海岸演变模型，除保证波浪运动相似条件外，还需考虑泥沙运动的相似。它被用来研究港口在波浪、水流作用下的淤积规律性和可能采取的防淤措施；预测港口或其他海岸工程建筑物建成后，可能使邻近海岸发生的冲淤变化；天然海岸岸滩在波浪、水流作用下的冲淤变化等。

波浪与海岸工程建筑物相互作用的试验一般采用断面模型，应按重力相似设计。通过试验，研究波浪对斜坡式、直墙式、透空式、浮式等建筑物的作用。如确定建筑物上的波浪荷载，建筑物整体或局部的稳定性，建筑物周围水位变化和消浪特性等。

海岸工程水力模型实验方式

水流、波浪作用下浮体系泊系统问题的试验，一般需用空间模型。除波浪运动相似外，还需考虑船舶的质量相似和惯性相似，码头建筑物自身的重力相似（重量相似），自振频率相似，码头防冲系统相似，锚链系统弹性模量相似等。

波浪模型试验的主要设备有波浪槽或试验港池，也有能同时进行水流、波浪试验的综合港池。这些设备中都需要装生波机，通常采用机械、气压、风吹方式产生波浪，也有用机械与风吹相结合的方式生波。现今已有采用电子计算机进行控制并模拟天然波浪系列，反映出其统计特征的不规则生波机。（见彩图[港口波浪模型试验]）

波浪力的计算按照其尺度大小的不同：

（1）与入射波相比，尺度较小的结构物，例如孤立桩柱、水下输油管道等，此类结构物的存在对波浪运动无显著影响，波浪对结构物的作用主要为粘滞效应和附加质量效应；

（2）而随着结构物尺度相对于波长比值的增大，例如平台的大型基础沉垫、大型石油贮罐等，此类尺度较大的结构物本身的存在对波浪运动有显著影响，对入射波浪的绕射效应以及自由表面效应必须考虑。此时要采用绕射理论（MacCamy和Fuchs）计算波浪力。

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