1。3  港湾振荡研究进展 5

1。4  本文主要研究内容 9

第二章 数值模型介绍 11

2。1  控制方程 11

2。2  波面梯度项的处理 13

2。3 完全非线性 Boussinesq 方程的守恒形式 14

2。4  模型验证 15

第三章 对正交模态分解法的介绍 18

3。1  引言 18

3。2  正交模态分解法的原理 19

3。2。1  港湾的本征频率和本征模态的预测 19

3。2。2  响应幅值的计算 22

3。3  小结 23

第四章 孤立波诱发的瞬变港湾共振的数值研究 24

4。1  引言 24

4。2  数值实验的布置 24

4。3  结果和分析 27

4。4  小结 31

第五章 N 波诱发的瞬变港湾共振的数值研究 32

5。1  引言 32

5。2  数值实验布置 32

5。3  结果和分析 35

5。4  小结 40

结 论 41

致 谢 42

参 考 文 献 44

第一章 绪论

1。1 研究背景

港口是供船舶安全进出和停泊的运输枢纽。它具有水陆联运设备和条件，是水陆 交通的集结点和枢纽，工农业产品和外贸进出口物资的集散地，船舶停泊、装卸货物、 上下旅客、补充给养的场所。港口作为联系内陆腹地和海洋运输的一个天然界面而被 称为国际物流的一个特殊结点。如今我国经济和对外贸易发展得越来越快，港口在经 济发展中的作用越来越大。因此，港口安全问题所受的关注与日俱增。论文网

港湾振荡是指当波浪传播到港湾内时，如果港湾的本征频率和波浪的频率相等， 因之而激起港湾内的水体共振的现象。港湾振荡一直都是海岸工程领域很有挑战性的 研究方向。国外自上世纪开始就有学者开始关注此领域，时至今日仍然有大量的学者 在该领域上不懈研究。各国很多港口内部都曾观察到港湾振荡现象，这极大影响了港 口中货物的装卸效率和船舶的泊稳条件。由于太平洋台风和欧亚大陆西北季风的影响， 港湾振荡对我国港口的影响也很严重。然而，我国对该领域的研究很少，相关资料也 十分缺乏。港口设计时，也很少考虑港湾振荡的影响。因此，加强港湾振荡领域的研 究工作是十分必要的。

本文首先列举了最近各国港口中发生的港湾振荡事件，并对这些港湾振荡的特征 进行了概括。1994 年 11 月美国 Taiya 入海口的游艇码头坍塌引起了水底滑坡，进而诱 发了局部海啸，Kulikov 等[1]在附近的 Skagway 港中发现了最大振幅高达 1m，周期约 为 3min 的水面振荡。Abraham[2]对新西兰 Wellington 港连续进行了 20 天的测量，发 现其港湾共振周期为 8。3min、17。3min、26min 和 159min。通过布置的观测设备，Luick 和 Hinwood[3]在澳大利亚的 Kembla 港中发现了 67min、35min、26min、9。5-11。4min、 22-24min 的共振周期。我国东海一发生台风，日本的 Shibushi 港便会产生周期约为数 分钟的水面振荡，使得港内的游艇发生较大幅度的晃动[4]。西班牙 Menorca 岛上附近 的 Ciutadella 港和 Platja Gran 港，其港湾振荡除了受到各自地形和几何形状的影响外， 还会受到彼此之间相互耦合的振荡的影响[5, 6]。每年夏天 Ciutadella 港都会出现振幅约 为 1m 的港湾振荡现象， 2006 年 6 月 15 日甚至产生了幅值高达 5m 的振荡，致使 停泊在港内的大量船舶受损（见图 1。1）[7]。由于局部区域风速和气压波动产生的向海