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概述
港区振荡是指港口内部出现的水波随着时间的推移而产生的运动现象，是船舶进出港区时必须考虑的重要因素。当外海潮汐波的波高和周期与构成港湾波的自然振动频率相等时，将会产生共振现象，导致港区振荡。本文将简要介绍港区振荡的研究现状，重点讨论孤立波和波群引起的港区振荡，探讨其中涉及到的机制和控制方法。
港区振荡研究现状
早期研究主要集中在理论计算和实验室模拟上。20世纪70年代以后，随着数值计算和实验技术的发展，以及船舶尺寸和速度的增加，实际港湾振荡问题的研究逐渐成为重点。目前，关于港湾振荡的模型计算与试验研究已相当发达。
常见的港区振荡现象包括：
- 单频共振
- 多频谐振
- 孤立波、波群诱发振动
- 大振幅非线性运动
- 港口入口和出口的渐缩和扩张效应。
下面我们主要讨论后两种现象。
孤立波引起的港区振荡
孤立波指由海浪发生振动而产生的紧密的波峰和波谷。孤立波的形成速度一般较快，波峰和波谷的高度一般相等。
对于孤立波，其对港区振荡的影响要大于长时间作用的波浪。孤立波的主要特征是波长和振荡周期相等。在垂直于港口的方向上，当孤立波频率与固有频率相同时，将会出现严重的共振现象。
孤立波的振荡是一个非常短暂的过程，很难用实验来研究。因此，近年来常用计算模拟方法进行研究。如2019年，有学者通过使用CFD数值模拟方法实现了不同孤立波对港湾振荡的影响模拟和研究，得出了孤立波的amplification影响和势流速度矢量分布等关键参数。
波群引起的港区振荡
波群是由若干个单独波峰和波谷组成的波形。根据波浪的理论，理论上波群的周期应该与其中单个波浪的周期相等。但是实际情况下，波群的周期可能是多种频率的周期的组合，这意味着当波群通过固有振动频率的开裂频率时，将会发生明显的共振现象。
通常情况下，波群频率分布在一定的范围内。因此，为了避免共振，在港口的设计中通常会考虑安装长度适当的阻尼装置，以减轻共振引起的振动。近些年来，越来越多的研究考虑了在港口进入口处安装阻尼装置的有效性，以及如何通过阻尼装置的设计去平衡港口和波的相互作用。
控制方法
根据以上研究，我们发现，孤立波和波群所产生的共振是港区振荡的两个主要原因。因此，控制港区振荡的方法主要是针对这两种情况的。
控制孤立波的常见方法包括：
- 明确孤立波出现的频率范围并防止共振
- 采用港口缩小或深度增加等措施
控制波群的常见方法包括：
- 安装长度适当的阻尼装置
- 控制波浪生成的位置和方向
- 调整港口几何尺寸和形状以平衡波浪传播和排放的间隔时间
总结
港区振荡是港口工程中不可忽视的问题，是船舶进出港区必须考虑的因素。研究表明，孤立波和波群的出现是港区振荡的两个主要原因。为了控制港区振荡，可以采取以下方法：防止共振、安装长度适当的阻尼装置、控制波浪生成的位置和方向、调整港口几何尺寸和形状等。
需要指出的是，以上方法并不是通用的标准，而是需要根据具体情况进行设计和采用。未来，我们可以通过不断的研究和发展控制技术，使港区振荡问题得到更好的解决。