堤顶越浪计算中粗糙系数的神经网络模型预测*
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国家自然科学基金青年项目(52401329); 国家自然科学基金重点项目(42330406); 山东省自然科学基金青年项目(ZR2023QE310); 山东省基地和人才计划项目(WSR2023026)


Neural network-based model prediction of roughness coefficient used for overtopping calculations
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    摘要:

    防波堤结构的块体护面通过摩擦和渗透作用消耗入射波的能量,从而减少波浪越浪。现有大多越浪计算方法中均采用一个与块体类别相关的常值粗糙系数,无法反映不同护面块体结构参量的影响。为了评估越浪机器学习模型中输入的常值粗糙系数值的合理性,利用欧盟CLASH项目提供的越浪数据库,选取单坡堤(包括简单单坡堤、带胸墙的单坡堤、带堤顶平台的单坡堤和复合单坡堤)的越浪、波浪和结构参数数据,构建了拟合块体护面粗糙系数的神经网络模型。通过对比不同结构形式模型的拟合程度,评估了数据库中推荐的块体粗糙系数值对越浪神经网络预测模型的适用性。研究发现,模型拟合精度会因斜坡堤结构的不同而表现出显著的差异性,表明目前采用的常值粗糙系数具有很大的局限性和不确定性。为了进一步提高越浪神经网络模型精度,模型输入参数需要增加反映对水动力有直接影响的块体特征参量。

    Abstract:

    The armor layer of a breakwater dissipates wave energy through friction and percolation,thereby reducing wave overtopping.Most existing overtopping calculation methods employ a constant roughness coefficient related to armor block type,which fails to account for the influence of different structural parameters of the armor layer.To evaluate the rationality of using constant roughness coefficients as input in machine learning models for wave overtopping prediction,this study utilizes the overtopping database from the EU CLASH project.Data for single-slope breakwaters (including simple slopes,slopes with crown walls,slopes with berms,and composite slopes) encompassing overtopping,wave,and structural parameters are selected to develop a neural network model for fitting armor layer roughness coefficients.By comparing the model performance across different structural types,the applicability of the recommended roughness coefficients in the database for neural network-based overtopping prediction is assessed.The results reveal significant variations in model accuracy depending on the breakwater slope structure,indicating substantial limitations and uncertainties in the current practice of using constant roughness coefficients.To further enhance the precision of neural network models for overtopping prediction,input parameters should incorporate armor block characteristics that directly influence hydrodynamic performance.

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    引证文献
引用本文

赵笑影,董 平,李 岩,等.堤顶越浪计算中粗糙系数的神经网络模型预测*[J].水运工程,2026(1):31-40.

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  • 在线发布日期: 2026-01-19
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