远距离浅水区波浪要素传播变形计算方法技术

本发明专利技术公开的远距离浅水区波浪要素传播变形计算方法，包括以下步骤：步骤1，确定深水波浪要素至浅水计算点的计算断面；步骤2，根据断面水深分段方法对确定好的计算断面进行分段计算；步骤3，根据深水波浪要素及已分段好的计算断面计算波浪要素传播过程中的浅水变形，得到浅水区计算点的变形波浪要素；步骤4，根据已分段好的计算断面采用分段法计算风生浪，得到浅水区计算点的风生浪要素；步骤5，结合浅水区计算点的变形波浪要素和浅水区计算点的风生浪要素计算浅水区计算点的混合波浪要素。本发明专利技术实现了波浪要素从深水区向浅水区经远距离传播变形后浅水区波浪要素的计算。

【技术实现步骤摘要】
远距离浅水区波浪要素传播变形计算方法
本专利技术涉及水力学波浪理论
，尤其涉及一种远距离浅水区波浪要素传播变形计算方法。
技术介绍
目前水利工程中波浪要素推算方法有模型法和经验法，计算的过程主要包括波浪变形、折射、绕射、衍射和破碎等过程，在近岸传播过程中不考虑底摩擦和风能输入，在远距离传播时则需考虑这两项。模型法主要采用数学模型对以上过程进行模型。经验法主要采用现行相关规范中所推荐的方法来进行计算。目前现行的规范中对外海开阔水域深水波浪要素、有限风区深水波浪要素、近岸浅水变形(包括折射、浅水作用、波浪破碎作用)等计算均做了一般规定；未对远距离波浪浅水变形计算给出相应的计算公式和计算方法。在实际应用中，往往会遇到远距离浅水变形的计算，例如长江口口门地区工程，浅滩较为宽广，工程距离深水区有较长的距离，在计算波浪浅水变形时不能不考虑风能的输入作用。大堤与深水之间有拦门沙、航道、浅滩等错综复杂的地形，这对深水波浪要素往浅水传播过程中的浅水变形计算带来较大难度。为此，本申请人进行了有益的探索和研究，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的技术方案便是基于这种背景下产生的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足而提供一种远距离浅水区波浪要素传播变形计算方法。本专利技术所要解决的技术问题可以采用如下技术方案来实现：远距离浅水区波浪要素传播变形计算方法，包括以下步骤：步骤1，确定深水波浪要素至浅水计算点的计算断面；步骤2，根据断面水深分段方法对确定好的计算断面进行分段计算；步骤3，根据深水波浪要素及已分段好的计算断面计算波浪要素传播过程中的浅水变形，得到浅水区计算点的变形波浪要素；步骤4，根据已分段好的计算断面采用分段法计算风生浪，得到浅水区计算点的风生浪要素；步骤5，结合浅水区计算点的变形波浪要素和浅水区计算点的风生浪要素计算浅水区计算点的混合波浪要素。在本专利技术的一个优选实施例中，所述步骤2中的分段计算方法如下：地形分段计算：风区内的水深沿风向变化较大时，将水域分成若干段计算风浪要素，水深逐渐变浅或变深且风速U≥15m/s时，每一段水域两端的深度差Δd可按下表确定。水深(m)＞3030～2020～1010深度差Δd(m)10532在本专利技术的一个优选实施例中，所述步骤3中的波浪要素传播过程中的浅水变形方法如下：深水波浪要素远距离浅水变形计算：(1)计算公式折射系数计算：折射系数采用公式(1)和公式(2)进行计算：θ1＝arcsin[C1/C0sin(θ0)](2)式中，θ0为水深d0处的波浪入射角度，θ1为水深d1处的波浪入射角度；C0、C1分别为水深d0、水深d1处对应的波速；浅水系数计算：浅水系数采用公式(3)进行计算：Ks＝[tanh(kd)(1+2kd/sinh2kd)]-1/2(3)式中，d为计算点水深，k为计算点波数；波能损耗系数计算：波能损耗中主要损耗来自于底摩阻作用，底摩擦损耗采用公式(4)进行计算：式中，f为底摩阻系数，Ks为浅水系数，k为波数，d为水深，H为深水波高，T为波周期；波浪破碎计算：波浪破碎采用公式(5)进行计算：Hb/L0＝0.17{1-exp[-1.5πdb(1+15tan3/4α)/L0]}(5)式中，Hb为破波波高，db为破波点临界水深，L0为深水波长，tanα为底坡；(2)计算方法a)计算深水波长，L0＝15.6T2；b)根据公式(3)计算第一段起始Ks0，c)计算第一段段末平均波高；根据公式(4)计算第一段的Kf1，根据公式(3)计算第一段末的Ks1，得到第一段末的平均波高为d)计算第二段的平均波高时，第二段的起始再根据公式(4)计算第二段Kf2，根据公式(3)计算第二段末的Ks2，得到第二段末的平均波高为e)其他各段计算依次类推；f)根据公式(5)计算各段末的破碎波高，并对相应段末波高进行破碎修正；g)当海底坡度大于1/500时，不考虑底摩阻影响。在本专利技术的一个优选实施例中，所述步骤4中的风生浪的计算方法如下：风能输入计算：(1)计算公式风能输入产生的波浪要素计算可采用公式(6)～(8)或者公式(9)～(10)进行计算：a)计算方法一：gTs/U＝0.55(gF/U2)0.233tanh2/3[30(gd/U2)0.8/(gF/U2)0.35](7)式中，U为海面上10m高度处的平均风速(m/s)；F为风区(m)；d为水深(m)；t为风时(s)，Ts为有效波周期(s)，H1/3为有效波高；b)计算方法二：式中，U为计算风速(m/s)；F为风区(m)；d为水深(m)，T为平均波周期，H为平均波高；(2)计算方法a)用整个风区的平均风速U、第一段的水深d1和风区长度F1＝l1，按照公式(6)～(8)或式(9)～(10)计算第一段末的波高H1；b)计算同一风速U作用于第二段水深d2时，为产生波高H1所需等效风区长度Fe2；c)取第二段风区长度为F2＝Fe2+l2,计算第二段末的风浪要素；d)其他各段依次类推；e)应用以上方法计算风浪要素时，尚应符合条件H＜(H2)max，(H2)max为风速U在水深d2中可能产生的最大波高。在本专利技术的一个优选实施例中，所述步骤5中的混合波浪要素的计算方法如下：混合浪的计算包括混合浪波高计算和混合浪波周期计算，混合浪波高可近似按公式(11)计算：式中，H1，H2分别为两系列波浪的波高，H为混合浪波高；混合浪波周期近似计算方法如公式(12)：式中，T1，T2分别为两系列波浪的波周期，H1，H2分别为两系列波浪的波高，T为混合浪波周期。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术实现了波浪要素从深水区向浅水区经远距离传播变形后浅水区波浪要素的计算。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的方法流程图。图2为本专利技术应用的实际案例位置及计算断面布置图。图3为本专利技术计算波浪变形的计算断面及断面分段情况示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。本专利技术的远距离浅水区波浪要素传播变形计算方法，包括以下步骤：远距离浅水区波浪要素传播变形计算方法，包括以下步骤：步骤1，确定深水波浪要素至浅水计算点的计算断面；步骤2，根据断面水深分段方法对确定好的计算断面进行分段计算；其中，分段计算方法如下：地形分段计算：风区内的水深沿风向变化较大时，将水域分成若干段计算风浪要素，水深逐渐变浅或变深且风速U≥15m/s时，每一段水域两端的深度差Δd可按下表确定。水深(m)>3030～2020～1010深度差Δd(m)10532步骤3，根据深水波浪要素及已分段好的计算断面计算波浪要素传播过程中的浅水变形，得到浅水区计算点的变形波浪要素；其中，波浪要素传播过程中的浅水变形计算方法如下：深水波浪要素远距离浅水变形计算：(1)计算公式折射系数计算：折射系数采用公式(1)和公式(2)进行计算：θ1＝arcsin[C1/Cos本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.远距离浅水区波浪要素传播变形计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定深水波浪要素至浅水计算点的计算断面；步骤2，根据断面水深分段方法对确定好的计算断面进行分段计算；步骤3，根据深水波浪要素及已分段好的计算断面计算波浪要素传播过程中的浅水变形，得到浅水区计算点的变形波浪要素；步骤4，根据已分段好的计算断面采用分段法计算风生浪，得到浅水区计算点的风生浪要素；步骤5，结合浅水区计算点的变形波浪要素和浅水区计算点的风生浪要素计算浅水区计算点的混合波浪要素。

【技术特征摘要】
1.远距离浅水区波浪要素传播变形计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定深水波浪要素至浅水计算点的计算断面；步骤2，根据断面水深分段方法对确定好的计算断面进行分段计算；步骤3，根据深水波浪要素及已分段好的计算断面计算波浪要素传播过程中的浅水变形，得到浅水区计算点的变形波浪要素；步骤4，根据已分段好的计算断面采用分段法计算风生浪，得到浅水区计算点的风生浪要素；步骤5，结合浅水区计算点的变形波浪要素和浅水区计算点的风生浪要素计算浅水区计算点的混合波浪要素。2.如权利要求1所述的远距离浅水区波浪要素传播变形计算方法，其特征在于，所述步骤2中的分段计算方法如下：地形分段计算：风区内的水深沿风向变化较大时，将水域分成若干段计算风浪要素，水深逐渐变浅或变深且风速U≥15m/s时，每一段水域两端的深度差Δd可按下表确定。水深(m)>3030～2020～1010深度差Δd(m)105323.如权利要求2所述的远距离浅水区波浪要素传播变形计算方法，其特征在于，所述步骤3中的波浪要素传播过程中的浅水变形方法如下：深水波浪要素远距离浅水变形计算：(1)计算公式折射系数计算：折射系数采用公式(1)和公式(2)进行计算：θ1＝arcsin[C1/C0sin(θ0)](2)式中，θ0为水深d0处的波浪入射角度，θ1为水深d1处的波浪入射角度；C0、C1分别为水深d0、水深d1处对应的波速；浅水系数计算：浅水系数采用公式(3)进行计算：Ks＝[tanh(kd)(1+2kd/sinh2kd)]-1/2(3)式中，d为计算点水深，k为计算点波数；波能损耗系数计算：波能损耗中主要损耗来自于底摩阻作用，底摩擦损耗采用公式(4)进行计算：式中，f为底摩阻系数，Ks为浅水系数，k为波数，d为水深，H为深水波高，T为波周期；波浪破碎计算：波浪破碎采用公式(5)进行计算：Hb/L0＝0.17{1-exp[-1.5πdb(1+15tan3/4α)/L0]}(5)式中，Hb为破波波高，db为破波点临界水深，L0为深水波长，tanα为底坡；(2)计算方法a)计算深水波长，L0＝15.6T2；b)根据公式(3)计算第一段起始Ks...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋永港，崔冬，刘新成，韩非非，杜小弢，赵庚润，陆倩，
申请(专利权)人：上海市水利工程设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31