河口、港湾水下地形一般宽而浅，设计水流模型时，若完全按几何相似,模型中的水深太小,难以达到水流运动相似的要求，因此常采用不同的水平与垂直比尺（其比值称为变率）,这种模型称为变态模型（变率等于1时为正态模型）。河口、港湾水流模型一般按动力相似设计，其模型与原型水流相似的必要条件是重力相似和阻力相似。

在研究泥沙冲淤变化时，还要考虑泥沙运动相似，其必要条件是原型与模型中泥沙起动流速、沉降速度和含沙量等物理量的相似。根据模型中床面组成的不同，可分为定床与动床两类。模型床面在水流作用下不发生变形的称为定床模型，用于研究水流流场分布和水位变化等。有时，在定床模型基础上进行泥沙淤积的试验，称为定床浑水模型。模型床面在水流作用下可发生变形，则称为动床模型，用于研究河口、港湾泥沙冲淤变化。根据模型所包括范围的大小，还可分为整体模型和局部模型。整体模型一般比尺较小，而局部模型可用较大比尺对某个小范围进行详细研究，但模型边界问题较复杂。

潮汐水流模型主要采用潮汐发生装置，有潮汐箱或活动尾门两种形式，发生装置和潮汐控制仪组成潮汐发生系统。近年来电子计算机的应用，使潮汐控制、试验量测、数据处理都连成一体，达到更高的自动化程度。（见彩图[长江口河道水流模型试验]）

海岸工程水力模型概况

在模型中复演天然波浪运动，用以研究港口防浪掩护、港口淤积、海岸演变、波浪与海岸工程建筑物的相互作用、水流波浪作用下浮体系泊系统问题等。1838年，英国J.S.拉塞尔曾通过实验研究了孤立波运动；1936年荷兰建造了专门的波浪水槽进行波浪爬高、越顶等试验；中国于1952年试制了第一台冲击式生波机。但都限于规则波试验。1962年，荷兰特尔夫脱水工试验所试制了不规则波的生波设备。

海岸工程水力模型研究内容

港口防浪掩护试验，一般采用正态定床的整体模型，模型按重力相似设计。研究内容包括：搞清防波堤等建筑物的平面布置和结构形式，航道轴线走向及其尺度等对港内波高分布的综合影响，确定满足船舶泊稳条件下港口的合理平面布置。

港口淤积和海岸演变模型，除保证波浪运动相似条件外，还需考虑泥沙运动的相似。它被用来研究港口在波浪、水流作用下的淤积规律性和可能采取的防淤措施；预测港口或其他海岸工程建筑物建成后，可能使邻近海岸发生的冲淤变化；天然海岸岸滩在波浪、水流作用下的冲淤变化等。

波浪与海岸工程建筑物相互作用的试验一般采用断面模型，应按重力相似设计。通过试验，研究波浪对斜坡式、直墙式、透空式、浮式等建筑物的作用。如确定建筑物上的波浪荷载，建筑物整体或局部的稳定性，建筑物周围水位变化和消浪特性等。

海岸工程水力模型实验方式

水流、波浪作用下浮体系泊系统问题的试验，一般需用空间模型。除波浪运动相似外，还需考虑船舶的质量相似和惯性相似，码头建筑物自身的重力相似（重量相似），自振频率相似，码头防冲系统相似，锚链系统弹性模量相似等。

波浪模型试验的主要设备有波浪槽或试验港池，也有能同时进行水流、波浪试验的综合港池。这些设备中都需要装生波机，通常采用机械、气压、风吹方式产生波浪，也有用机械与风吹相结合的方式生波。现今已有采用电子计算机进行控制并模拟天然波浪系列，反映出其统计特征的不规则生波机。（见彩图[港口波浪模型试验]）

为进行海岸工程研究，根据相似原理，采用物理模型复演，或按流体力学理论运用数学手段模拟天然海洋环境中波浪、水流等海岸动力因素的运动状态的水力模型。水力模型主要用于研究海岸动力因素同岸滩、海工建筑物相互作用的规律，预测海岸工程设施的实际效果和影响，论证工程方案的技术合理性和实施可能性。它是研究海岸工程的一种重要方法。

建立物理模型应按一定的相似条件，确定原型与模型各个物理量的比值（又称模型的比尺）。水力模型相似条件，主要包括模型与原型的几何相似、运动相似、动力相似等 3个方面。常用的海岸工程水力模型，有河口、港湾潮汐水流模型和港口、海岸波浪模型。

根据流体动力学理论，按一定数学物理方程描述水体运动。在给定的边界条件和初始条件下，采用数值计算方法求解其水力要素的一种手段。

河口、港湾的水流运动基本方程是圣维南方程组，其一维的一般形式为

[215-01] (1)

[216-01] (2)式中V为断面平均流速；C为谢才系数；R为水力半径；为水深；F为过水断面面积；X为沿河口、港湾纵向坐标；Q为流量;为时间；为重力加速度。数值计算的方法有差分法、特征线法和有限元法等。对于宽广的水域平面，流速可分解为、两个方向的分量，则方程可写成二维形式。合理选择阻力系数，对上述水流数学模型的计算结果有较大的影响。

河口、港湾波浪数学模型是采用势波理论或长波理论公式，通过格林函数的积分方程，或通过改造的圣维南方程，结合边界条件与初始条件，用近似积分法、差分法或有限元法求其数值解。电子计算机广泛应用以来，港口波浪的折射、绕射、反射，浅水波变形，波压力计算以及波浪爬高等，均可采用数学模型推算。

目前尚缺少合理的描述泥沙运动的数学物理方程，数学模型只能计算水力要素和盐水入侵等，还难以进行泥沙运动和河床演变的计算。数学模型具有速度快、节省人力物力等优点，但仍不能完全取代物理模型。用物理模型与数学模型相结合的复合模型进行海岸工程研究，是今后的发展趋势。2100433B

内容简介

本书是作者根据多年从事科研教学活动所积累的专业知识，按照港口、海洋工程最新颁布实施的工程技术规范，以及港口、海洋工程中的新理论、新结构、新方法和新技术编写而成。全书涵盖了模型设计、量测技术、实验资料的统计分析等基本理论，并详细介绍了港口、海岸工程教学试验的若干重要实例，包括港内波况模型试验、斜坡式防波堤试验、直立堤试验、船舶泊稳模型试验以及波浪荷载对桩柱的作用力试验。同时对实验目的、实验原理、实验步骤与方法、实验资料整理与实验报告要求等，系统地加以归纳，便于学生掌握和运用。2100433B

根据《中华人民共和国防治海岸工程建设项目污染损害海洋环境管理条例》，海岸工程建设项目是指位于海岸或者与海岸连接，工程主体位于海岸线向陆一侧，对海洋环境产生影响的新建、改建、扩建工程项目。具体包括：

（一）港口、码头、航道、滨海机场工程项目

（二）造船厂、修船厂

（三）滨海火电站、核电站、风电站

（四）滨海物资存储设施工程项目

（五）滨海矿山、化工、轻工、冶金等工业工程项目

（六）固体废弃物、污水等污染物处理处置排海工程项目

（七）滨海大型养殖场

（八）海岸防护工程、砂石场和入海河口处的水利设施

（九）滨海石油勘探开发工程项目

（十）国务院环境保护主管部门会同国家海洋主管部门规定的其他海岸工程项目。