山东港湾建设集团有限公司 山东日照 276800
摘要:中国港口航道工程的建设正值高峰期，航运业发展迅速，伴随船舶向大型化趋势过渡，现有港口已经远远无法满足其需要，为接纳大型高速的船舶，港池与航道均在不同程度上实施了浚深与拓宽。在港口工程设计的波浪推算中，以往都不会考虑航道的功能，甚至忽视其存在意义和价值，认为海底是平缓的。但此后在许多工程规划与物理实验中，陆续发现多项设计中航道会影响波浪，因此不可忽略航道开挖对波浪的影响。工程建设的一个决定性问题即是怎样趋利避害。
关键词：港口航道；波浪传播；影响研究
交通运输业属于国民经济的一个关键组成部分，影响和作用于社会的不同领域。现代交通运输业是由公路、管道、航空、水运与铁路等运输方式共同组成的。相较于其它运输方式，水运的建设投资少，水资源能够综合利用，水运的运载量大且运输成本低。但随着科学技术进步，现代化航运网建设逐步成熟，航运运营管理水平也在提高，就会逐渐增强运输的连续性，提高运输速度。
一、研究港口航道对波浪影响的背景意义
现如今，世界各经济强国都非常关注航道的开发和整体综合建设，借助渠道整治提升航道等级，构筑起四通八达的水运网。作为发展中国家，我国因地理、历史与人文因素，东、中、西部地区的经济呈现梯级状，互相之间的关联性与互补程度较高。而主要河流自西向东流向海洋，支流大多数呈南北向并沟通干流，在客观上形成了各地区经济发展难以割舍的水运大动脉，如果再辅以其它运输方式，就能够构成综合运输通道。按照我国目前的经济状况与和生产力布局形势，有针对性地选择开发和综合治理主要江河的干支流，重点进行河流渠化，疏浚河道，提高航道等级，对于实现网化与发展区域经济十分关键和必要。这样不但能够充分发挥水运资源的优势，还有助于增强沿岸的防洪能力，并带动其它基础设施建设，推动生产加工业、旅游业、生态环境保护以及土地开发等活动协调发展。
二、港口航道对波浪的影响
影响波浪在航道中传播的因素基本包括波浪的入射角、航道的宽度和深度、波浪周期与航道边坡等。因为入射波浪呈水平方向，所以航道内波浪的传播受到外部波浪的影响作用较小，然而航道外部的水平波浪传播关系到对航道内波浪的观察。为更清晰地分析航道内波浪的传播路径，可以使波浪仅从航道内传播，其余条件保持不变。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当波浪进入航道之后，因为航道内外水深的差异，航道向浅水方向发生了折射，波浪沿峰值线方向一般不会产生衰减，在这两条峰值线的两侧，波高呈现出递减趋势。在航道内部，因为波浪从航道向外折射，航道内的波浪衰减迹象比较显著。航道中心线附近，波能向外部折射作用较弱，进而形成比波高峰值线；在航道边坡周围，因为波能迅速折射出航道，进而该处比波高最小，形成两条对称的谷值线。波浪向航道两侧的折射程度基本相同，航道两侧的比波高分布以航道轴线为中心，两侧基本保持对称。
1. 航道水深的影响
研究航道水深的作用一般情况下仅考虑内外水深差，而并不考虑这个改变量是来自于航道以外还是航道之内，然而航道以外的水域面积通常比航道内的更大，航道外部或内部改变水深所产生的水深差，还有待考证其影响波浪的作用是否相同。因而本实验分为两种情况考虑，第一种情况为保持航道内部深度不变，改变航道外的水深；第二种情况是保持航道外部水深不变，改变航道水深。第一种情况：建立模型，因为海底坡度的存在会改变航道内外的水深差，产生影响因素，所以将海底调整为零度。从入射角影响波浪的结论可以分析得知，背浪侧和迎浪侧峰值线比波高的最大值峰值在入射角15°~30°之间，所以一般取25°为特征入射角。因此航道外的水深分别设定为十五米、十米和五米，并以正向与25°角方向入射，则25°角入射时，背浪侧和迎浪侧的峰值线比波高呈最大值。
2. 航道宽度的影响
航道宽度也是航道设计的一项关键指标，各种宽度的航道满足各类船型的通航要求，航道又可分成单向与双向航道，双向航道在符合有关设计规范的基础上偶尔会挖得较宽，甚至为了适应较大船型的通航，会拓宽先前的航道。在波浪正向入射时，伴随航道宽度的增加，航道外比波高并未显著改变，但航道内波浪的衰减速度减缓，即航道越窄，波浪的折射效果愈发突出。当波浪斜向入射时，改变航道宽度对迎浪侧和背浪侧的峰值线比波高峰值没有较大影响。当航道宽度较小时，航道内部的波浪比波高呈现单峰型，即从中线处向两侧航道内波高逐渐增大。而随着航道宽度的增加，波浪逐步出现双峰型甚至多峰型的状态，表明随着航道宽度增加，从航道边坡处折射出的波浪对航道内整体的波浪状态影响减小
3. 波浪周期的影响
航道如果确定，经过航道时各个要素的波浪波高改变也有所差异。随着波浪周期延长增加，航道内部的波浪衰减速度增大。当波浪正向入射时，经过波能聚集后的航道外部波浪尽管峰值变化较小，但会产生不同的影响范围。因此当波浪正向入射时，周期增加尽管对由航道折射出的外侧波浪所汇聚而产生的峰值影响较小，但是随着周期的延长，航道外大于某对应比波高值的面积逐步增加。
4. 航道边坡的影响
相较于其它因素，航道边坡的变化对地形整体的改变不大，不过影响的大小还必须通过实验来加以证明。航道坡度的缩小会稍微削弱航道内波浪向外的折射作用，但是不特别明显，而在现实工程中可以暂且忽视航道边坡的作用。
结语
影响波浪在航道中传播的因素主要包括波浪入射角、航道深度、航道宽度、波浪周期以及航道边坡等。其中主要因素是波浪入射角与航道深度。水深对波浪的影响不仅仅同航道内外的水深差有紧密关系，还同航道周边的水深密切相关联。波浪传播至航道区以后,因为航道内外水深有差异,导致在航道边坡上发生折射,航道的波浪与航道外传播的波浪相叠加,增加了某些区域的波高。同时因为波能折射出航道,降低了航道内的波高。
参考文献:
[1]冯明威. 港口航道对波浪的影响研究[D].大连海洋大学,2015.
[2]陈哲淮. 港口总平面布置中考虑开挖航道港池对波浪的影响分析[J]. 中国港湾建设,2009,(02):29-32.
[3]柳淑学. 开挖航道对波浪传播的影响[A]. 中国土木工程学会港口工程分会.港口工程分会技术交流文集[C].中国土木工程学会港口工程分会:,2005:10.
[4]林尚飞,陈国平,严士常,陈小婷. 航道尺度对波高分布的影响[J]. 中国港湾建设,2013,(05):40-45.
论文作者:宋剑峰,成强
论文发表刊物:《防护工程》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/3
标签：航道论文; 波浪论文; 水深论文; 峰值论文; 港口论文; 入射角论文; 宽度论文; 《防护工程》2017年第25期论文;