圍堰工程波浪高度計算方法及實例

劉　森

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

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圍堰工程波浪高度計算方法及實例

劉森

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

摘要：波浪高度為水利水電工程圍堰超高計算非常重要的組成部分，2014年3月5日中華人民共和國水利部頒布的《水利水電工程施工導流設計規范SL623-2013》對波浪高度的計算原理和方法提出了明確的規定，文章根據新規范內容對波浪高度的計算原理進行了說明，并用實例講述了其計算方法，可為同類工程提供一定的參考。

關鍵詞：波浪爬高；施工組織設計；圍堰超高；圍堰設計高程

1問題的提出

2013年12月5日中人民共和國水利部發布了《水利水電工程施工導流設計規范SL623—2013》[1]。此標準由2014年3月5日正式實施，標志著水利水電工程施工導流設計更加規范化和細化。在此之前水利水電工程施工導流設計主要依據為《水利水電工程施工組織設計規范SL303-2004》，然而此規范中關于圍堰堰頂高程的規定并不十分詳盡，此規范中3.4.10條第一款中規定：“堰頂高程不低于設計洪水的靜水位與波浪高度及堰頂安全加高值之和”，而波浪高度的計算標準及計算方法在規范中并未提及，需參考其他相關規范[2]。《水利水電工程施工導流設計規范SL623—2013》中關于此部分計算作了詳細的解釋，并有別于現行其他規范。本文主要介紹根據規范計算圍堰波浪高度的方法，并舉例說明。

2計算原理及計算步驟

計算原理根據《水利水電工程施工導流設計規范(SL623—2013)》(以下簡稱《規范》)。

2.1計算風速

W10=KZWZ

(1)

式中：W10為水面上空10m高度處10min的平均風速；KZ為風速修正系數，按《規范》附錄A表A.1.1查詢；Wz為距水面上空Z高度10m的平均速度。

2.2計算風區長度

(2)

式中：De為等效風區長度；Di為計算點至水域邊界的距離，i=0、±1、±2、±3、±4、±5、±6；α第i條射線與主射線的夾角，αi=i△α，計算時△α可取7.5°。

2.3根據莆田公式計算平均波高和平均波周期

Tm=4.438hm0.5

(3)

式中：hm為平均波高，m；Tm為平均波周期，s；W為計算風速，m/s；D為風區長度，m；hm為水域平均水深，m；g為重力加速度，取9.81m/s2。

平均波長按下式計算：

(4)

式中：Lm為平均波長，m;h為堰迎水面前水深，m。

2.4計算風壅水面高度

最大風壅水面高度按下式計算：

(5)

式中：K為綜合摩阻系數，K=3.6×10-6；W為計算風速，m/s；D為風區長度，由于庫區沿風向兩側水域較狹窄，水域現狀不規則，風區長度采用等效風區長度，m；Hm為水域的平均水深，m；β為計算風向與壩軸線法線夾角，°。

2.5計算正向波平均波浪爬高

1)當m=1.5～5.0時：

(6)

式中：Rm為平均波浪爬高，m；m為單坡的坡度系數，若坡角為a，即等于cota；K△為斜坡的糙率滲透系數，根據護面類型查《規范》附錄A表A.2.4-1；Kω為經驗系數，查《規范》附錄A表A.2.4-2。

2)當m<1.25時：

Rm=K△KWR0hm

(7)

式中：R0為無風情況下，平均波高hm=1.0時，光滑不透水護面(K△=1)的爬高值查《規范》附錄A表A.2.4-3。

2.6由正向平均波浪爬高計算相應累計頻率的爬高

根據《規范》附錄A表A.2.5插值計算。

2.7根據正向波與圍堰法線夾角折減

根據《規范》附錄A表A.2.6插值計算。

3實例計算

黑龍江省某重型水庫，臨時工程V級，距水面上空15m多年平均風速為4.07m/s，風來向與圍堰垂直。圍堰距對岸距離12.6km，圍堰堰前水深10m，水域平均水深7m，圍堰邊坡1∶3，護坡形式為干砌石護坡。

1)計算風速：

根據《規范》式A.1.1

W10=KZWZ=3.91m/s

2)計算風區長度：

根據規范可采用三種計算方法，本項目采用計算點到對岸的距離12.6km。

3)根據莆田公式計算平均波高和平均周期以及平均波長：

平均波長根據《規范》式A.1.5-3采用試算法計算，得平均波長為6.73m。

計算風速W=1.5×W10=5.86m/s。

風區長度D=12600m

將上述參數帶入莆田公式可計算出平均波高0.22m。

根據平均波高計算平均周期為2.08s。

4)計算風雍高度：

根據《規范》式A.2.2，計算風雍高度e=0.0114m。

5)計算正向波平均爬高：

根據圍堰邊坡和護坡形式根據《規范》式A2.4-1和式A2.4-2計算其正向來波爬高為0.34m。

6)由正向平均波浪爬高計算相應累計頻率的爬高：

工程平均波高與堰前水深比為hm/H=0.02。

圍堰工程等級為V級，對應的累計頻率為P=20%。

根據上述參數和《規范》表A.2.5進行插值計算，得波高為0.47m。

7)根據方向折減：

工程正向波與圍堰軸線的法線夾角為0度，無需折減。

因此，圍堰波浪高度為0.47m。

4結論

土石圍堰為水利工程常見圍堰形式，其波浪高度是圍堰超高計算的組成部分，本文根據《規范》詳細講述了其計算方法，并且舉例說明，可為其他同類工程提供參考。

參考文獻：

[1]中華人民共和國水利部.SL623—2013水利水電工程施工導流設計規范[S].北京：中國水利水電出版社，2013.

[2]中華人民共和國水利部.SL303—2004水利水電工程施工組織設計規范[S].北京：中國水利水電出版社，2004.

文章編號：1007-7596(2016)02-0109-02

[收稿日期]2015-10-28

[作者簡介]劉森(1985-)，男，山東淄博人，工程師。

中圖分類號：TV551.3

文獻標識碼：B