波浪水粒子速度特性之研究

Abstract

風吹水面形成風浪引起水粒子運動而產生動態水壓力，此即是波壓力。由 波浪水粒子運動作用所引起之波壓力是造成海岸或海洋結構物破壞的主因 之一。因此一般海岸或海洋結構物的建造，在設計之初即需要有正確的波 壓及水粒子速度估算做為設計之依據。在一般海堤或防波堤建造之設計， 檢討結構物的安定性時，一般工程師大都利用線性理論值作為估算的依據 。但是，由往昔許多學者研究的文獻中得知，線性理論波壓值和實際的波 壓值並不符合，由於線性理論的不正確性，造成了海堤或一般防波堤在估 算波壓及波力時的困擾。因此在何及葉(1993)對此問題便提出了波高與波 壓間轉換函數的探討。利用水槽實驗歸納實驗數據，建立無因次參數之經 驗式，由此經驗式可較線性理論更正確的估算波壓值。在進行海洋結構物 之圓柱體的設計時，大多數工程師計算波力大小時，常採用morison公式 或morison修正公式，對於公式中的水粒子速度則大都使用線性理論計算 之。由於波壓力的產生是由水粒子運動所引起的，因此水粒子速度和波壓 間可能存在某種相關的關係。是否水粒子速度和波壓同樣具有理論值與實 際值並不符合的情況，是不是亦可建立轉換函數的關係。可否利用一種更 簡便更精確的方法，取代原有的理論式，則是本文研究的主要目的。對於 海洋工程結構物的設計，提供一種更簡單而正確的計算方式，以拓展工程 上的應用。 This study utilizes the progressing and standing wave experiment with regular and irregular wave in the different water depth to discuss the relationship between experimental water particle velocity values and linear theory values for both the progressing wave and the standing wave. We find that there are difference between the linear theory and experimental results. Even though the higher order nonlinear theory is considered, the accuracy is still not substantially improved. Therefore, we use the regular wave experiment data to develop an empirical formula for transfer function (UTF) by dimensional analysis. In comparing irregular wave experiment with empirical formula and linear theory, it is found that the empirical formula of regular wave is closer to the irregular experiment. It is shown that the hypothesis of linear superposition for each frequency component can match the experimental formula in generality.