关于海塘波要素计算相关问题的探讨

赵宇

摘 要：本文主要就海塘工程波要素计算方法进行探讨，其中设计波要素的深水波要素均采用风推浪的计算方法，按莆田公式计算确定。浅水变形采用数模计算和经验公式推求，并考虑海塘前保滩顺坝对波浪的消减作用；结合周边已建工程的设计波要素，并比较数值模拟与经验公式的推求结果，分析本工程堤前波要素计算方法的合理性。

关键词：海塘工程 波要素 数值模拟 经验公式

1.计算标准

某海塘达标工程位于上海市长兴岛，防洪标准参照《上海市海塘规划（2011～2020）》执行。本工程建于1997年，原设计抗御标准为50年一遇，本次海塘达标标准提高至200年一遇高潮位+12级风下限（32.7m/s）。

2.计算工况

主海塘的不利风向取N、NNE、NE、ENE、E五个方向，其中E风向的深水波要素较其他几个风向的最大。

3.数值模拟计算

模型采用的是丹麦水利研究所DHI开发的MIKE21软件中波谱模型SW进行浅水区波浪数值计算，SW为无结构网格模型，能较为高效和精确地模拟工程中岸线曲折多边和岛屿众多的特殊地形。

3.1计算原理

模型根据波作用守恒原理进行波浪传播变形计算，基本方程如下：

式中：E （σ，θ）—能量密度谱，σ—相对频率，θ—波向角。

3.2计算范围及网格

模型网格外海网格较粗，网格边长约4km；在工程区对网格进行加密至10m。

3.3模型参数设置

根据经验，长江口杭州湾地区底摩擦系数（Nikuradse Roughness）取0.001，white capping cdis和DELTAdis分别取3和0.25。

3.4模型边界条件

E向和NE向模型边界条件根据各计算水位的深水波要素给；N向堤前波浪受崇明岛和崇明东滩阻挡作用，北边波浪对堤前影响很小，故可不考虑波能传入，采用侧边界。

3.5累积率计算原理

累积率计算：

在顺堤起点、东侧堤起点和东侧堤终点各设置一个计算点经过模型计算得到滩前的波要素，计算见表1。

4.经验公式计算

深水波要素计算根据《海堤工程设计规范》（GB/T51015-2014）所推荐莆田公式。由《上海风浪实测资料统计分析及风浪谱分析研究》的研究成果表明：上海水域（以大治河测站和中港测站的资料验证）风浪以莆田方法计算的波高、波周期与实测值吻合最好。

4.1深水波要素计算原理

根据工程水域情况，采用莆田试验站公式进行波浪要素计算：

（1）莆田试验站公式：

5.結果分析与结论

由于数值模型法只能计算到滩地的波高，因此本文针对两种方法计算的浅水波要素成果进行对比和分析。由计算结果可知，数值模拟计算得到的浅水平均波高略小于经验公式计算结果，但差异不大，绝对差值在0.1m之内，波周期差值在0.5s之内，两者计算结果基本一致。对比相邻工程《长兴北沿海塘达标保滩工程初步设计》中的波要素计算成果，本工程考虑潜堤消浪后的平均波高最大值为1.37m，参照长兴北沿海塘达标保滩工程中北侧堤考虑潜堤消浪后的平均波高，可以认为本节中的波要素计算成果是合理的。

参考文献：

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