长波条件下海堤波浪爬高试验研究-2008.3.1(2)

人数统计见下图１．１．１所示。

图１．１．１历年海洋灾害损失图嘲

在河口、海岸地区，为了防止大潮的高潮和风暴潮的泛滥及其伴随风浪的侵

袭造成土地淹没，保护沿海城镇、工业、农田、盐场和岸滩，在沿岸原有地面上

修筑的一种专门用来挡水的建筑物称为海堤。海堤在我国江苏长江以南和浙江一

带也称为海塘，在苏北一带又称为海堰。同时海堤也是围海工程的重要工程设施。

海堤的破坏将导致十分严重的后果。特别是我国东南沿海的江苏、上海、浙江、

福建、广东、广西及海南诸省，地少人多，经济发达，海堤的防护作用至关重要。

因此，这些地区的海堤修筑的比较讲究，规模也较大。而波浪爬高是海堤设计过

长波条件下海堤波浪爬高试验研究

程中一个十分关键的参数。所谓爬高就是波浪沿堤坡斜面上爬高程与静水高程之

差，它直接影响着堤高的大小，所以它对工程的造价及安全影响极大。因此，针对波浪爬高开展研究对海岸工程有着十分重要的意义。影响波浪爬高的因素很

多，主要包括：入射波要素、入射波的作用方向、风速和风向、堤坡的结构型式、坡度、堤面特性以及堤前水深等。【４】【５ｌ

我国现行的几种规范有关波浪爬高的计算存在着诸多不足，特别是在长波条件下，提供的经验公式使用条件比较局限，甚至未考虑长波因素，故其计算值与

实际偏差甚远。随着围垦事业的不断发展，已有许多围垦工程涉及开敞式海域，其设计波浪往往为长波，规范的不足造成了海堤堤顶高程设计较大偏差，造成安全隐患。因此，研究长波条件下波浪爬高是十分必要的。

１．２波浪对堤坝的作用机理

当波浪与斜坡建筑物相遇时，在斜坡上出现显著变形，由于坡面的摩阻作用

和前一个波在斜坡上产生的回流的阻碍作用，波峰推进速度加快，波谷则减慢，这样，使得波峰前坡变陡，后坡变坦，波高也稍有增加，在斜坡上继续推进到一

定水深，波峰因失去平衡而倾倒，发生完全破碎，部分波峰水体跌到斜坡上并形

成波浪水流沿斜坡向上爬升，到一定商度后，因重力又沿斜坡向下回落并形成回

流，对后一个波造成阻碍。波浪作用在斜坡上，其能量主要消耗或转化为下列八

个方面：嘲

（１）波浪在斜坡上破碎时，因水质点的剧烈紊动而消耗部分能量；

（２）一部分能量表现为反射波；

（３）一部分能量消耗于克服坡面摩阻力；

（４）当坡面及基础透水时，部分能量消耗于透水层中水质点的渗流运动；（５）当堤身透水时，一部分能量透过堤身，表现为堤后的透射波；

（６）一部分能量使水质点沿斜坡坡面上爬，表现为位能，当上爬水质点回落时，

位能转化为动能，沿斜坡产生波动流速；

（７）当坡度受到冲蚀时，一部分能量使坡面土壤或护面材料运动做功；

（８）当波动水流越顶时，一部分能量被越顶水流携带，冲刷堤坝后坡或在堤后

水域中产生水面波动。

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长波条件下海堤波浪爬高试验研究

１

３影响爬高的主要因素分析

不规则波作用下的爬高现象非常复杂，在一个波列中，由于波高不同。各个

波的爬高情况也不相同。为了对不规则波的爬高作一个定量的描述，通常采用爬高的统计参数Ｒｓ、Ｒ１％或Ｒ２％来表示爬高值。影响爬高的因素众多，多年来，许多学者对爬高问题进行了大量研究工作，分析了各种影响因素，主要包括：波高、

周期（或波长）、水深、海塘前海底坡度、海塘的几何形状、外形糙度以及风速等。

若要对各种影响因素都进行系统研究，工作量非常大，也难以在一个研究项目中实现。本文将在以往研究基础上，通过系列模型试验，重点研究光滑不透水的单坡上的不规则波爬高问题，主要考虑波高、波长（或周期）、水深及海堤的坡度对爬高的影响。此时，爬高可表示为：

Ｒ＝ｆＣＨ，ｄ，ｍ，Ｄ

由兀定理，将上式两边除以波高Ｈ，得到相对爬高：置／Ｈ＝ｆ（ｄ／Ｈ，所，Ｌ／Ｈ）

下面分别讨论以上三种因素对爬高的影响。１．３，１水深因素对爬高的影响

Ｓａｖｉｌｌｅ（１９５６）［８１通过试验研究水深对爬高的影响，得到ｄ／Ｈｏ＜１．ｏ￣３．０时，

（１．３．２）（１，３．１）

Ｒｄｌ－１值随ａ／ｎｏ的增大而增大，当ｄ／Ｈｏ＞１．０～３，０时，Ｒｏ／Ｈ值随Ｏ／Ｈｏ的增大而减小，

并且ｄ／Ｈ＿＞３，０以后，认为可以忽略水深影响。

美国水道试验站（１９５７）Ｉ”１从试验得出结论：相对水深对波浪爬高影响很小，

可略去不计。但是，试验所用的相对水深和波坦范围较窄。

岑企望（１９６４）［２５１在ｄ／Ｈ＝１．５≈．５的条件下通过试验，得到ｄ／Ｈ＝２时波浪爬高达到最大值，ｄ／Ｈ：≠２时爬高将减小的结论。

潘少华（１９６５）嘲在ｄ／Ｉ－Ｉ＝１．Ｏ￣４．５的条件下通过试验，得到以下结论：波坦

Ｌ／Ｈ减小，Ｒ／Ｈ，．－ｄ／Ｈ曲线上的峰值点向小水深方向移动；当ｄ／Ｈ＝１．５￣２．０时，Ｒ／Ｈ

获得最大值；ｄ／Ｈ＜１．５￣２．０时，爬高值急剧减小；ｄ／Ｈ＞１．５￣２．０时，爬高值逐渐减小；ｄ／ｌ赴３，０后，这种减小趋势变得缓慢。

翁克勤（１９８１）［１４１在ｄ／Ｈ＝２．５￣５．０的条件下通过试验，得出随着水深减小，

爬高略微增加，水深变化对褶对爬高值Ｒ／Ｈ的影响不显著的结论。

张华（１９８９）［７１较为系统的研究了水深因素对爬高的影响，在试验中取水深

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长波条件下海堤波浪爬高试验研究

的变化范围为ｄ／Ｌ＝０．０５－０．５，最后得出：堤前水深对爬高的影响与波浪运动形态

有关，水深对破碎立波区爬高影响较大，对不完全立波和卷破波爬高影响较小，

并建议采用ｄ／Ｌ代替ｄ／Ｈ作为水深因素来研究波浪爬高问题。１．３．２坡度ｍ对爬高的影响

当斜坡坡度由陡变缓时，由于波浪在斜面上的反射程度和破碎程度的相互消长，波浪爬高随坡度呈单峰状曲线变化。Ｓａｖｉｌｌｅ［８１１９１完整地研究了斜坡坡度对爬高的影响，证实了上述结论。

在直墙情况下，波浪完全反射，在墙前形成立波，波浪爬高就是波高。在斜

墙情况下，Ｍｉｃｈｅ认为当波陡低于某一值时，波浪将发生完全反射，且有

足／日：石瓦石

（１．３．３）

当坡度较缓，波浪发生破碎时，国内外许多学者如钟可夫斯基ＩＭ，ＨｕｎｔＩ¨】，

Ａｈｒｅｌ０１２Ｉ，潘少华ｎ３１，翁克勤㈣等根据试验资料认为爬高与坡度的关系为；

Ｒ７日＝，（与、Ｒ７日＝厂（—三）靴７日＝厂‘了季；－）（１，３－４）ｍ

１．３．３波坦Ｌ／Ｈ对爬高的影响

ｍ＋ａ

、，‘＋１ｍ

１９５６年Ｓａｖｉｌｌｅｓ对波浪爬高进行了系统研究得出了爬高随波坦增加而增大的

结论。【８】

５０年代之后，苏联学者通过试验证实了波坦的影响，提出了很多考虑波坦影响的公式，其中主要有：

向金（１９５５年）即式；

Ｒｎ＝ｆ（√ＺＴ－Ｈ）

Ｂ．Ｌ．马克西姆楚克（１９５９年）即式：

（１．３．５）

Ｒ／Ｈ＝，（√三／Ⅳ）

（１．３．６）

１９５７年斐什金在总结以往试验的基础上提出了考虑波坦影响的改进公式：

Ｒ／Ｈ＝ｆ（ＶＬＴ－Ｈ）…… 此处隐藏：1795字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……