本文是由王心玉、赵晶、王海峰、王绿卿和刘勇共同完成的研究论文，发表于《海洋与湖沼》（Oceanologia et Limnologia Sinica）2022年7月第53卷第4期。研究的主要机构包括中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室和中国人民解放军91053部队。该研究主要探讨了双消浪室局部开孔沉箱防波堤的反射特性，结合理论分析和物理模型试验，旨在明确该结构的水动力特性及其主要影响因素。
防波堤是海岸工程中的重要结构，用于减弱波浪对港口和海岸线的冲击。传统的沉箱防波堤虽然结构稳定，但其反射系数较高，容易导致堤前波浪反射增强，进而影响港口的正常运行。开孔沉箱（Perforated Caisson）结构由Jarlan于1961年首次提出，通过在沉箱前墙开孔，形成消浪室（Wave Chamber），能够有效降低波浪反射、抑制结构越浪，并减少波浪对结构的冲击力。近年来，为了提高开孔沉箱的消浪性能，双消浪室（Double Wave Chamber）结构逐渐受到关注。然而，关于双消浪室局部开孔沉箱防波堤的反射特性研究仍较为有限，尤其是在斜向波作用下的水动力特性尚未得到充分探讨。因此，本研究旨在通过理论分析和物理模型试验，系统研究双消浪室局部开孔沉箱防波堤的反射特性，为工程设计提供科学依据。
本研究分为理论建模和物理模型试验两个主要部分。
基于势流理论（Potential Flow Theory），研究团队建立了规则波和不规则波对双消浪室局部开孔沉箱防波堤作用的三维解析解。理论模型中，采用二次压力损失边界条件（Quadratic Pressure Drop Condition）来考虑开孔墙对波浪运动的影响，同时引入周期性边界条件（Periodic Boundary Condition）以处理防波堤结构沿长度方向的周期性变化。具体步骤如下： 1. 控制方程与边界条件：通过拉普拉斯方程描述流体运动，并考虑自由水面条件、海底条件及沉箱表面的物面条件。 2. 速度势表达式：应用分离变量法，将速度势分解为特征函数展开，得到各区域的速度势表达式。 3. 非线性压力损失边界条件：在开孔墙处引入非线性压力损失边界条件，考虑波浪能量的耗散和波浪相位的改变。 4. 匹配特征函数展开法：通过匹配特征函数展开法求解各区域速度势中的未知展开系数，并采用迭代方法处理非线性方程组。 5. 反射系数与自由面高度计算：通过计算入射波和反射波的波能流，定义并计算防波堤的反射系数和自由面高度。
物理模型试验在青岛某研究院的波浪水池中进行，水池长42.5米，宽20米，深1.5米。试验比尺为1:30，模型由15个局部开孔沉箱结构单元组成，每个单元长0.63米，宽0.334米，高0.64米。试验考虑了5种不同波浪周期的规则波和5种不同有效周期的不规则波，波浪频谱采用JONSWAP谱。通过电容式波高仪测量堤前波面的时间序列，并采用入反射波分离方法分析斜向波作用下防波堤的反射系数。
本研究通过理论分析和物理模型试验，系统研究了双消浪室局部开孔沉箱防波堤的反射特性。理论模型能够合理预测防波堤的反射系数，为工程初步设计提供了重要参考。研究结果表明，双消浪室局部开孔沉箱防波堤在较大频域内具有良好的消浪性能，尤其是在前墙开孔率大于后墙开孔率时，消浪效果显著。综合考虑消浪性能和结构强度，推荐相对消浪室宽度（b1+b2）/l取值为0.08~0.20，前后墙开孔率组合为ε1=0.35和ε2=0.25。
研究还发现，防波堤结构在轴线方向呈周期性排列会导致堤前发生波浪的漫反射现象，反射系数在特定波频处会发生突变。这一发现为防波堤的优化设计提供了新的思路。
本研究不仅丰富了开孔沉箱防波堤的理论体系，还为实际工程应用提供了重要的设计参考，具有较高的科学价值和工程应用价值。