單變量與雙變量下浮式防波堤消能實驗的對比分析

房 欣 羅玉來 王鋅鑫 徐 鑫 吳含笑

（重慶交通大學 河海學院， 重慶 400000）

1 浮式防波堤及相應工程實例簡介

浮式防波堤主要由消能裝置和錨固裝置兩大部分組成。消能裝置一般由具有一定吃水深度的箱體或者組合浮排組成。錨固系統相對簡單主要有錨鏈和錨塊構成，固定整個浮式防波堤。浮式防波堤的主要消能原理就是通過自身的運動來擾亂水流中水質點的運動，從而阻止波浪傳播并使得波浪發生破碎，從而使整個裝置產生消能效果。

目前，浮式防波堤存在著很多工程實例：連云港建成我國首條1 公里長的浮式防波堤使得連云港旗臺山下原先風大浪急的1 平方公里海域已變成可供“耕海牧漁”的海上“良田”；港珠澳大橋香港口岸人工島工程使用的600m 長的浮式防波堤來確保一個想對穩定的工程區域開展施工。

2 實驗介紹

2.1 實驗設備和儀器

1） 1∶40 比例縮小的PVC 骨架浮式防波堤75cm×50cm×25cm（長×寬×高）；2） 50cm×1m×30m 波浪水槽及機械式規則波造波機；3） 波高傳感器3 支；4） 四根尼龍繩，T 型固定鐵板；5） 采集記錄系統、電腦；6） 秒表、米尺等；

2.2 實驗設備布置

浮式防波堤堤模型布置在試驗水槽中部塊上，模型前布置1 號、2 號兩支波高傳感器測量堤前波高，模型后布置一支0 號波高傳感器測量堤后波高。

2.3 實驗步驟

1） 打開輸水閥門待浮式防波堤升至適宜高度；2） 通過控制轉數為350 轉/分，通過調整造波等級，控制造波高度；3） 開始造波并待波浪傳播穩定后進行測量，調整造波等級重復造波測量7 組；4） 停機改變轉數為300 轉/分，造波等級設定為4；5） 開始造波并待波浪傳播穩定后進行測量，增加50 轉數，直至測量7 組；

2.4 實驗處理

利用EXCEL、MATLAB 等處理采集到的實驗數據：按實驗周期T 按照水深h 分組利用matlab，編程，使用牛頓迭代法算出每組的波長L，以及波速c；最后編寫程序算出各組的波能E 和波能流P；并求出ΔE、ΔP。擬合出ΔE、 和坡度θ、波高H、周期T 及水深h 之間的函數關系式。

2.5 實驗成果整理

（防波堤前） 波高改變情況下實驗數據記錄表

（防波堤前） 周期、波高同時變化情況下實驗數據記錄表

3 實驗結果對比及分析

通過對比實驗數據我們可以發現在其他實驗條件相同的情況下即：轉速350（r/min），造波等級為4 時，單因素（只改變波高） 和雙因素（周期與波高同時改變） 所得到堤前波陡、波能以及波能流等波要素均不相同。

我們可以借用工程經濟學中靈敏度分析局限性的觀點來解釋這一現象，無論哪一種類型的實驗，各個不確定性因素對實驗結果的影響總是相互交叉地、綜合地發生著，因此如果完全剝離開某種影響因素分析其對實驗結果的影響，可能會產生實驗結論的準確性造成一定的影響。