随着我国经济的快速腾飞，国内的港口建设区域不断向外海发展，因此，我国在国外的港口项目日趋增多。这些直接面向大洋的开敞式港口，常年遭受长周期波浪的侵袭。目前，国内航道设计规范的参数多是基于短周期波浪环境中的计算结果，而对长周期波浪环境中相关设计参数的研究有待于深入探讨。
　　海洋中的波浪复杂多变，导致船舶在波浪中的流固耦合运动相对复杂，且波浪的波幅(波高)、波频(波周期)、波长、波速和波向角等参数均会不同程度的对船舶动态运动响应的幅值变化产生影响。因此，对动态波浪因素引起的船舶运动响应即航道波浪富余深度的计算是划定航道设计水深的重点和难点。为保障船舶进出港安全，减少(或避免)船舶拖底、触底、搁浅和失控等海上事故，同时降低航道资源浪费，兼顾通航安全及通航效率，需要对波浪富余深度进行更加精确的研究和计算。
　　本研究的主要方法和结论如下：
　　(1)基于势流理论，采用理论分析和数值模拟相结合的方法预报船舶的动态运动响应，研究长周期风浪和涌浪的单独和联合作用对航道波浪富余深度的影响。以5万吨级普通散货船为主要研究对象，将船体系统整体视为非线性弹簧，考虑其垂直运动中的垂荡、横摇和纵摇所引起的下沉量变化，设置临界矩阵以解决理想流体中船舶运动的发散问题，在建立质量分布模型的基础上划分船体湿表面和自由表面有限元网格，并构建船体的有限元模型，借助数值模拟方法得到船舶RAO，并利用谱分析方法估算短期运动响应的最大值，从而求解航道波浪富余深度。
　　(2)为研究网格密度及网格数量对试验结果的影响，并验证本研究方法的准确性，以wigleyⅠ船作为辅助研究对象，基于型值数据建立了有限元分析模型，计算了wigleyⅠ船在单位波幅条件下的运动响应，并与船池试验结果进行比对。结果表明，本文所采用的计算船舶运动响应的方法是可行的，且网格密度改变后，船舶运动响应计算结果基本不变，即改变网格密度、增加网格数量对结果精度的提升较小，但随着网格密度的加大，计算效率会大幅度降低。
　　(3)通过构建计算船体下沉运动的数值分析模型，结合三维零航速线性频域方法和三维非线性全航速时域方法，计算传统散货船船体的波浪力、船舶运动响应和波浪富余深度，得到船体运动的时间历程和频谱特性；分析了波高、波周期、波向角以及航速和航道水深对船体垂荡、纵摇和横摇运动波浪力的影响，并研究了船体各自由度的运动响应变化规律和变化幅值，在此基础上分别针对各关键因素对波浪富余深度进行了计算。研究结果表明：随着波高的变化，船舶纵摇和垂荡所受到的波浪力和波浪力矩变化较为明显，船体运动响应整体呈近似线性的变化趋势，且波高的改变对船舶纵摇的影响最大，波高小于2m时，可取2.97m(0.24倍吃水)的波浪富余深度；随着波周期的增加，船舶所受横向、纵摇和垂向的波浪力呈现增强趋势，而绕X、Y、Z轴的波浪力矩呈现先增强后减弱的变化趋势，横摇运动响应的峰值呈现随波向角增大而增大的变化趋势，考虑波周期影响，必要时应至少保留2.4m(0.19倍吃水)的波浪富余深度；在迫近船舶固有摇荡周期的不同波向角波浪的影响下，船舶运动响应呈现较为杂乱的分布趋势，一般而言，随着波向角的变化，船体运动响应呈现“单峰”或“单谷”的变化趋势，考虑波向角影响，应至少保留3.7m(0.3倍吃水)的波浪富余深度；相比于波浪因素，船舶航速和航道水深对船体运动响应的影响相对较小。
　　(4)考虑到极端海况，分别采用JONSWAP谱和Torsethaugen谱模拟单纯风浪及风浪和涌浪共同存在的实际海况，借助谱分析法计算了船体的垂向运动响应幅值。数值模拟的试验结果表明，在两种波谱的作用下，船体运动响应低频成分显著，涌浪成分的作用效果明显强于风浪，且随着海况增加，船体的下沉幅值愈加显著；基于西非某海域一年一遇和百年一遇的实际海况波浪数据，计算了传统散货船运动响应的短期预报数值，从而确定了长周期风浪和涌浪下波浪富余深度的数值计算方法和结果；对涌浪参数进行敏感性分析，结果表明：涌浪参数的改变对横摇运动的影响程度强于垂荡运动，而对纵摇运动和下沉运动的影响程度较小；分析了传统散货船在风浪和涌浪中垂向运动的一般规律，为后续工程实践提供建议。