潜堤透射系数经验公式的验证

郭科，查恩尧，陈连惠，佟德胜，

（1.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津 300222；2.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230；3.天津市水文水资源勘测管理中心，天津 300061）

1 研究背景

潜堤一般指淹没在水中的防护堤，是一种常用的水工建筑物，广义来讲，在低潮以下或高、低潮之间的半潮堤也通称为潜堤。它的主要作用是防浪、防沙以及导流等，它既可阻挡一部分波浪冲击海岸，也可让一部分泥沙形成连岛沙堤形淤积或在波影区内沉积而形成沙嘴，既保滩又促淤。近年来，随着潜堤在大型工程中应用越来越广泛，国内外众多学者对潜堤透射系数展开了大量的研究[1-3]，比较典型的如杨正己在1981年通过物理模型试验得出规则波作用下的潜堤透射系数的经验公式[4]。1990年Van der Meer通过试验测量总结出经验公式，认为相对浸没深度为影响潜堤波浪透射系数最重要的参数[5]。Daemen在Van der Meer的研究基础上，指出透射系数与相对堤顶宽度为线性关系，其系数随着结构形态、波高、波陡不同而改变[6]。2010年邹红霞、陈国平通过物理模型试验的方法，研究了不规则波作用下抛石潜堤的透射系数及堤后稳定波高的统计分布，提出影响潜堤透射系数最主要的因子为相对浸没深度和相对宽度[7]。

近年来由于受到可利用码头岸线的限制，大型港口例如天津港以及滨州港的防波堤逐步向深水延伸，距离长达十几公里。受到场地的限制，目前来说应用最成熟的平面物理模型试验研究手段无法完成试验研究，只能通过数学模型试验手段对带有潜堤或透浪式建筑物的总平面设计方案的可行性作出判断。而潜堤透射系数的取值关系到潜堤数值模拟的成败。本文将根据断面物理模型试验测定的潜堤透射系数对国内外潜堤透射系数的经验公式进行检验，最终选取一种与实测结果最为接近，且略偏安全的经验公式，为数值模拟估算潜堤透射系数[8]。

2 研究方法

2.1 透射系数的定义

本文所述透射是指由于波浪爬越堤顶产生越浪，以及防波堤产生的透浪。波浪透射系数KT由下式给出：

式中：HT和HI分别表示堤后稳定波高和入射波高。如果是不规则波时，透射系数可以用传递前后波浪的有效波高表示，或者用传递前后波浪能量表示。波浪越过潜堤时，一部分波能被反射，另一部分波能由于堤顶水深限制而破碎损耗，剩余的能量为透射波能量，透射波高与反射波能量及波浪破碎损耗能量有关。反射波能量与波浪破碎损耗能量越大，透射波高越小，即透射系数KT越小，潜堤的消浪效果越好。

2.2 经验公式计算方法

1） 南京水利科学研究院的杨正己，在80年代分别对抛石堤和出水堤给出了透射系数计算公式[4]：

当R/H≤0，没水堤（R取负值）

当R/H＞0，出水堤（R取正值）

2） 1992年，Van der Meer根据大量试验结果回归得到波浪透射系数的经验关系式[5]：

3）2010年 ，邹红霞、陈国平在物理模型试验的基础上，将数据进行回归分析，得出不规则波作用下潜堤透射系数的经验公式[7]。

拟合出没水堤透射系数计算公式为：

出水堤的透射系数计算公式为：

以上经验公式中的参数分别为：B为潜堤顶宽；H为入射波高；h为水深；L为波长；R为静水到堤顶的高度，堤顶在水面以上取正，水面以下取负值。

3 经验公式的验算

精确的潜堤透射系数获得方法一般是开展断面物理模型试验。本文依据-6 m水深处2 a一遇设计高水位时（3.58 m） 对应的波浪要素，进行滨州港3万吨级散杂货码头工程防波堤共8组潜堤的透射系数试验，测定堤前堤后波高比，作为潜堤透射系数的实测数据。部分试验现场见图1~图2。将实测数据与国内外三个经验公式计算的波浪透射系数进行对比，如表1所示。

图1 AB1断面

图2 AB2断面

表1 潜堤透射系数的计算结果对比

从表1中不难看出，杨正己的经验公式与实测值吻合最好，且略偏于安全。综合来看，杨正己的公式考虑因素全面，它考虑了潜堤堤顶宽度、潜堤堤顶淹没深度、波长、入射波高以及总水深诸多因素的影响，其结果与实测值吻合度较高，且略偏于安全，可作为整体数值模拟潜堤试验时估算波浪透射系数的一种辅助手段。

4 结语

在工程设计中会遇到大范围潜堤及透浪式建筑物条件下的泊稳问题，物理模型试验受场地限制难以实施，数学模型试验的关键点在于潜堤透射系数的取值。在国内外众多计算潜堤透射系数的经验公式中，杨正己公式计算结果与实测值吻合度较高，且略偏于安全，可作为整体数值模拟类似潜堤试验时估算波浪透射系数的一种辅助手段。

[1]WILLIAMNSEELIG.可透性防波堤透射系数的估算[M].美国：美国海岸工程研究中心，1981：41-44.

[2] 黄建维，孙献清.透空式栈桥码头的越浪作用及其计算[J].水利水运科学研究，1985（1）：8-11.

[3] 钟瑚穗，徐昶，达达.桩基透空堤的透浪系数[J].中国港湾建设，2003（5）：21-24.

[4]杨正己，贺辉华，潘少华.波浪作用下抛石堤的稳定性及消浪特性[J].水利水运科学研究，1981（3）：1-9.

[5]VANDERMEERJW.Dataon Wave Transmission dueto Overtopping[R]//Delft Hydraulic Report n H986.The Netherlands：Delft University of Technology，1990.

[6]DAEMENIF R.Wave Transmission at Low-crested Structures[D].The Netherlands：Delft University of Technology，1991.

[7]邹红霞，陈国平.不规则波作用下潜堤透射系数的计算方法及统计分布[J].水运工程，2010（3）：11-16.

[8] 张娜，吴海峰，曲淑媛.潜堤及透浪式建筑物的波浪数值模拟研究[J].中国港湾建设，2009（5）：28-31.