一般来说，周期在30～300 s甚至更长的波浪可称之为长周期波[1-3]。长周期波浪对港内泊稳有较大的影响，其往往具有周期长、振幅小的特点，且常常隐藏在以常规短波为主的群波中，不易被仪器直接观测到。目前，国内外的众多学者都已对港内长周期波浪的传播变形进行了研究并取得了一定进展，其中杨宪章[4]、史宪莹[5]、张志[6]通过物理模型试验研究了长周期波浪对系泊船舶运动量的影响，研究表明船舶运动六分量均随周期的增大而增大；季小强[7]运用数字滤波器对某游艇码头物理模型试验中的港内波面数据进行长短波分离，并根据上跨零点法对长波波高进行统计。此外，冯丽[8]通过Boussinesq数值模型分析了规则波作用下的低频波浪、高频波浪在防波堤后的绕射与反射作用，发现了低频波浪的绕射与反射系数均显著大于高频波浪；马小舟[9]、肖明明[10]也采用Boussinesq数值模型对港内低频波浪进行了模拟，马小舟主要在理论上改进了Boussinesq方程，使其能更好的模拟包括长波在内的不同频率的波浪，肖明明分析了长波对码头设计波要素取值的影响。此外，李绍武[11]利用SWASH模型进行近岸波浪数值模拟并进行长短波分离，得出长波主要是由短波群能量转化而来的结论。以上前人的研究多是基于数值模型，在理想状态下对长波进行数值模拟；或者虽然是基于物理模型，但没考虑多向不规则波对长周期波的影响，且没有结合具体工程分析长波与波浪要素及结构反射特性之间的关系。

有鉴于此，本文基于国外某港区的波浪整体物理模型试验，分析了单向、多向不规则波作用下泊位处的长周期波浪的分布规律，重点考虑了港域旧防波堤反射特性的改变对泊位前长波的影响，并分别对比分析了入射波型、波向、波高、周期对泊位处长波波高的影响。研究成果对港口规划建设有一定的工程参考价值。

1试验概况

1.1物理模型简介

图1 模型布置图Fig.1 Model layout

物理模型试验根据非洲某在建港口的平面布置按1:80的试验比尺缩放而成，物模设置为正态、定床，试验遵从重力相似准则，防波堤及海床地形按照断面法进行制作，高程误差控制在 mm以内。此外试验中在港池四周均布设有上下三层的柔性消浪网栅并在防波堤内插不透水板，可较大消除模型边界的反射以及防波堤堤身的透射效应。泊位前共布设9排共计27个波高仪测点B1～B27，模型布置及波高仪测点位置详见图1。

物模试验在浙江大学舟山校区的40 m×70 m×1.8 m大型波浪港池中进行，港池中装有珠江水利科学研究院制造的L型造波机，波高数据采用LG1型浪高水位传感器采集。试验波浪同时采用单向和多向不规则波，多向不规则波方向谱函数S(f，β)为

式中：G(f,β)=Acos2n(θ-θ0),n为方向分布参数，本次试验中n取为4，对应的方向分布角度约为19°。θ0为入射波浪的主方向D，试验中频率谱均为标准JONSWAP谱，谱峰升高因子γ=3.3。

表1试验波浪要素、工况表波型波浪组次水位(m)Hm0(m)Tp(s)主波向D(°)工况多向不规则波①0.91.°不挪堤挪堤直立堤②0.91.°不挪堤挪堤直立堤③0.91.°不挪堤挪堤直立堤④0.91.°不挪堤挪堤直立堤单向不规则波⑤0.91.°不挪堤挪堤⑥0.91.°不挪堤⑦0.91.°不挪堤⑧0.91.°不挪堤⑨0.°不挪堤0.°挪堤⑩0.°不挪堤0.°挪堤

波高仪采集的波面数据采用频谱分析的方法进行处理并计算波高Hm0，因为从频谱能量的角度考虑长周期波浪的分布规律较传统的上、下跨零点分析法能够考虑长波的能量分布特征。Hm0为J谱的零阶矩波高，其中为谱密度S(f)与频率f的积分。试验中，待波浪传播至泊位后方开始数据采集，每组试验采集数据2次，频谱分析后取平均波高作为试验结果，试验中发现两次波高均相差不大，造波机复现效果较好。

1.2波浪要素

表1为本次试验的波浪要素、工况表，表中165°、175°指的是海图方位角，正北为0°，正东方定义为90°。物模试验共有10组波浪要素和三种工况，共计21种试验组合。工况一为旧防波堤为斜坡堤(挪堤前)；工况二为旧防波堤为斜坡堤但向深水区偏移60 m(挪堤)；工况三为旧防波堤改为直立堤(挪堤前)，以下分别以“不挪堤”、“挪堤”、“直立堤”工况来简称。通过波浪要素之间的对比分析可以研究长周期波随单向不规则波、多向不规则波以及波浪要素之间的关系；通过不同工况之间的对比分析可以研究旧防波堤的位置、形式对泊位处长周期波浪的影响。

2长周期波试验结果分析