气幕防波堤设计

翟建国，刘庆茶，黄筱云，胡勇虎，伍炳坤

（1.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，湖北 武汉 430040；2.长沙理工大学 水利工程学院，湖南 长沙 410114）

引言

防波堤用于保护港口和沿海地区免受海浪袭击。现有的防波堤建造费用高昂，且成本随着水深和海浪气候的恶劣程度而增加。气幕防波堤被认为是传统防波堤潜在的替代品。它由海底开孔管释放出来的气泡组成，与传统的防波堤相比，气幕防波堤安装容易，建造成本非常低，且不会干扰船舶航行。气幕防波堤的消波效果与单位时间内气泡释放量相关，因此，对空气压缩机的要求很高。因此，气幕防波堤一般可作为临时保护措施，或与其它防波堤结构形式相结合。

采用水下气幕阻止或削弱波浪传递的方法是由美国人菲利普·布拉瑟在1907年提出的，并在1915年应用于保护标准石油公司在加州埃尔塞贡多市的码头[1]。1936年，Thysse指出气泡羽流引起表层水平流动是气幕消波的主要机制[2]。1939～1945年，二次世界大战期间，英国White和Taylor教授认为气幕具备良好军事用途，开展了相关基础研究，首次预测了消减波浪所需表层流速大小以及产生该流速所需的气量[2]。1955年，Evans在英国运输委员会码头和水路水力学实验室62英尺长的波浪水槽开展一系列试验，证实气幕消波机理是气泡羽流引起表层水平流动从而消减波浪高度，并且消波效果与波长、波高、水深以及表层水流厚度有关[3]。同年，Taylor采用势流理论推导了任一波浪完全衰减所需的水平流动大小与厚度，并运用施密特线源热羽流理论给出气幕中心垂向速度和表面水平速度的大小及厚度[4]。……