波浪绕射实验

波浪绕射实验指导书

一、实验目的和意义

波浪绕射现象是近岸水域一种常见的现象。波浪在传播过程中，遇到建筑物或地形变化时，会发生绕射与折射，对波浪的传播、变形产生显著的影响。在港口海岸工程中，由于泊稳条件的需要，布置相应的防波建筑物以消除波浪对传播工作的影响，因此，对建筑物前的波浪绕射现象进行观测和模拟，对于港口规划与布置具有十分重要的理论意义和现实意义。本实验的目的在于加深学生对波浪运动尤其是波浪绕射的感性认识，观测波浪绕射产生的机理和规律，寻找控制掩护区波高的方法，并同时思考建筑物的存在对波浪传播的影响规律。

二. 实验概述

实验在长沙理工大学港航实验室的港池内进行。所用的港池两端均有良好的消波设施，并配有液压伺服式造波机，其主控系统是大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室研究开发的Wavemake 系统，该系统运行状态良好，精确度高。实验中的波高测量采用天科所产浪高仪，该仪器最小测量周期为1.5s ，仪器测量误差为0.4%。数据采集采用天科所2008型数据采集系统。

实验布置如图1所示，直立式防波堤布置在港池的一侧，在造波机前布置浪高仪，测量入射波的波高。在防波堤前、后分别布置浪高仪，测量波浪反射和绕射波高。通过不同的实验组次、不同的测量位置，深入认识波浪的绕射规律，并推求波浪的绕射系数。

图1 实验布置示意图（供参考，学生需自行设计）

三. 实验内容与步骤

1、设计实验方案。

2. 放置防波堤模型，布置浪高仪测点。绘出实验布置图，得出浪高仪和防波堤位置。 3、数据采集系统的连接与测试。 4. 运用水位测针测量实验水深d 。

5. 入射波为规则波。选择造波参数（波高、波周期），参数分两组选取：周期T 相同，波高H 不同；波高H 相同，周期T 不同。（取值范围：周期1.0～3.0S ， 波高：0.05～0.15m ）

表1 造波参数表(供参考，学生需自行设计) 周期T （s ）

波高H(cm) 波高H(cm) 周期T （s ） 2.0 0.05 0.1

1.0 0.08 1.5

0.12 2.0 0.15 2.5

6. 开始造波，从造波机造出的前四至五个波一般为不稳定波，将其忽略掉后再开始采集数据。掌握造波机的使用方法和数据采集系统的使用方法。

7. 观察波浪绕射现象，并记录堤前、堤后的波况。采集完毕后停止造波，保存数据。 8. 待水面平静后，选取新的造波参数（波高、波周期），重新开始实验，继续观察港池中发生的各种现象并测量绕射区内各点的绕射波高，实验至少进行8组。

港 池消浪设施消浪设施造波机防波堤

四. 实验数据分析

1．波高和波周期计算。

(1)根据实验数据，分别绘制出每组实验相应的波面曲线图（如图2所示），通过波面曲线图得出每组实验每个波高仪测得的波高和周期，计算波长和波速。

(2)分析比较入射波周期相同，波高不同，防波堤前后波面曲线变化特点和规律，得出波浪绕射变化规律。 (3)分析比较入射波波高不同，周期相同，防波堤前后波面曲线变化特点和规律，得出波浪绕射变化规律。 (4)分析防波堤前后波高、波周期、波长、波速的变化规律(表2)。

表2 波要素计算表（供参考，学生需自行设计）

组次 入射波

防波堤前

防波堤后

波高(cm) 周期(s) 波长(m) 波速(m/s) 波高(cm) 周期(s) 波长(m) 波速(m/s) 波高(cm) 周期(s) 波长(m) 波速(m/s) 1 (8)

图2 波面曲线图 图3 波浪的绕射系数

2.绕射系数计算

波浪在传播中遇到障碍物如防波堤、岛屿时，除可能在障碍物前产生波浪反射外，还将绕过障碍物继续传播，并在掩蔽区内发生波浪扩散，这种现象称为波浪绕射。波浪绕射是波浪从能量高的区域向着能量低的区域进行重新分布的过程。（图3）计算出8组实验的绕射系数，分析绕射系数的变化特点。

绕射系数：

123456

-6

-4-2024

68 1#浪高仪

2#浪高仪

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