RBR波浪数据为新斯科舍省港口计划提供观测依据

在新斯科舍省南部,为了减少涌浪的影响,改造后的Lower Sandy Point渔港新增了几个防波堤。新增防波堤使渔港形成了较为封闭的结构,这种结构固然成功地抵御了外来涌浪的影响,但是在特定的大气强迫条件下,每年都会引起几次港池共振的现象产生,影响港内船只泊系及人员作业。

CBCL公司的海岸工程师Vincent Leys和海洋学家Moritz Lehmann部署了3台RBRsolo D收集波浪数据,研究海浪在港口内外的传播情况;同时根据波浪数据、地形资料、风场资料、沉积物类型、以及近岸波浪环境,对港口进行数值波浪模型研究。

2014年9月,CBCL公司共部署3台波浪仪(RBRsolo D),用于测量港口内的涌浪传播,以及共振过程,其中2台用于测量港内数据,另外1台用于测量港外数据。3台波浪仪进行了为期两周的2Hz采样。Leys说“我们的目标是争取能至少观测到一次港内共振的情况。我们观测到这次港池共振是由一个温带气旋引起的,在这次观测过程中,最大波浪周期为12秒,最大振幅为5米。”CBCL公司的观测团队发现,港口的自然共振周期恰好对应于这些在港口以外自然发生的波浪的周期。

‘we deployed wave gauges to measure the penetration of swell into the harbour, as well as the resonance process.’Vincent Leys

由于港口形状,小型港湾更容易跟大气强迫引起的初始或周期性扰动形成共振(常称为“假潮”)。这类港湾更容易受次重力波在近共振频率处的周期性强迫的影响。《沿海和海洋工程手册》(Handbook of Coastal and Ocean Engineering)中提到,次重力波会在相对较小的半封闭港湾中引起“假潮”现象,通常这些小型半封闭港湾的自然周期只有几分钟,对于大振幅波浪的响应可能会造成严重影响,例如造成港内泊系船舶的偏航或剧烈摇摆。

书中还提到,另一个“假潮”现象造成的后果是,“即使是相对较小的垂向运动(如海平面波动)也可能会伴随产生较大的水平方向上的水体运动(如harbor currents)。”在狭窄的港湾入口处,CBCL人员就发现了这样的海流。由于这种长驻波能够在三四分钟的间隔内迅速排空/填满港湾,因此在港湾入口处可以引起较强的海流,引起对防波堤底部的剧烈冲刷。

Lower Sandy Point渔港是加拿大海洋渔业局(DFO)管理的886个小型手工渔港之一,这些港口合计占加拿大渔业收入总额的近90%, 约$1.6B。“我们提出了很多港口重置方案,以便港口当局和DFO能够根据预算和需求做出最终的选择”,CBCL团队最终得出结论,“为了减轻共振现象,港口的尺寸需要整体重新设计;为了更大程度地减轻涌浪影响,需要在港口入口处增建防波堤延伸体。”

CBCL目前正为新斯科舍省西南部的另外两个港口进行数值模型研究。他们在冬季部署了一系列RBRsolo D,并基于这些数据规划防波堤修建方案。Leys说:“依据波浪仪观测数据进行数值建模,已经成为一些大型港口开发建设的标准流程。在设计建造基础设施之前,港口的规划和建模必须基于对本地流场的清楚认识,而波浪的测量则是其中不可或缺的一部分。”