圍堰工程波浪高度計(jì)算方法及實(shí)例

劉　森

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

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圍堰工程波浪高度計(jì)算方法及實(shí)例

劉森

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)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(jì)算非常重要的組成部分，2014年3月5日中華人民共和國(guó)水利部頒布的《水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)規(guī)范SL623-2013》對(duì)波浪高度的計(jì)算原理和方法提出了明確的規(guī)定，文章根據(jù)新規(guī)范內(nèi)容對(duì)波浪高度的計(jì)算原理進(jìn)行了說明，并用實(shí)例講述了其計(jì)算方法，可為同類工程提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：波浪爬高；施工組織設(shè)計(jì)；圍堰超高；圍堰設(shè)計(jì)高程

1問題的提出

2013年12月5日中人民共和國(guó)水利部發(fā)布了《水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)規(guī)范SL623—2013》[1]。此標(biāo)準(zhǔn)由2014年3月5日正式實(shí)施，標(biāo)志著水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)更加規(guī)范化和細(xì)化。在此之前水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)主要依據(jù)為《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范SL303-2004》，然而此規(guī)范中關(guān)于圍堰堰頂高程的規(guī)定并不十分詳盡，此規(guī)范中3.4.10條第一款中規(guī)定：“堰頂高程不低于設(shè)計(jì)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(jì)算標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方法在規(guī)范中并未提及，需參考其他相關(guān)規(guī)范[2]?！端姽こ淌┕?dǎo)流設(shè)計(jì)規(guī)范SL623—2013》中關(guān)于此部分計(jì)算作了詳細(xì)的解釋，并有別于現(xiàn)行其他規(guī)范。本文主要介紹根據(jù)規(guī)范計(jì)算圍堰波浪高度的方法，并舉例說明。

2計(jì)算原理及計(jì)算步驟

計(jì)算原理根據(jù)《水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)規(guī)范(SL623—2013)》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)。

2.1計(jì)算風(fēng)速

W10=KZWZ

(1)

式中：W10為水面上空10m高度處10min的平均風(fēng)速；KZ為風(fēng)速修正系數(shù)，按《規(guī)范》附錄A表A.1.1查詢；Wz為距水面上空Z(yǔ)高度10m的平均速度。

2.2計(jì)算風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度

(2)

式中：De為等效風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度；Di為計(jì)算點(diǎn)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(jì)算時(shí)△α可取7.5°。

2.3根據(jù)莆田公式計(jì)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(jì)算風(fēng)速，m/s；D為風(fēng)區(qū)長(zhǎng)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(zhǎng)按下式計(jì)算：

(4)

式中：Lm為平均波長(zhǎng)，m;h為堰迎水面前水深，m。

2.4計(jì)算風(fēng)壅水面高度

最大風(fēng)壅水面高度按下式計(jì)算：

(5)

式中：K為綜合摩阻系數(shù)，K=3.6×10-6；W為計(jì)算風(fēng)速，m/s；D為風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，由于庫(kù)區(qū)沿風(fēng)向兩側(cè)水域較狹窄，水域現(xiàn)狀不規(guī)則，風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度采用等效風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，m；Hm為水域的平均水深，m；β為計(jì)算風(fēng)向與壩軸線法線夾角，°。

2.5計(jì)算正向波平均波浪爬高

1)當(dāng)m=1.5～5.0時(shí)：

(6)

式中：Rm為平均波浪爬高，m；m為單坡的坡度系數(shù)，若坡角為a，即等于cota；K△為斜坡的糙率滲透系數(shù)，根據(jù)護(hù)面類型查《規(guī)范》附錄A表A.2.4-1；Kω為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，查《規(guī)范》附錄A表A.2.4-2。

2)當(dāng)m<1.25時(shí)：

Rm=K△KWR0hm

(7)

式中：R0為無風(fēng)情況下，平均波高h(yuǎn)m=1.0時(shí)，光滑不透水護(hù)面(K△=1)的爬高值查《規(guī)范》附錄A表A.2.4-3。

2.6由正向平均波浪爬高計(jì)算相應(yīng)累計(jì)頻率的爬高

根據(jù)《規(guī)范》附錄A表A.2.5插值計(jì)算。

2.7根據(jù)正向波與圍堰法線夾角折減

根據(jù)《規(guī)范》附錄A表A.2.6插值計(jì)算。

3實(shí)例計(jì)算

黑龍江省某重型水庫(kù)，臨時(shí)工程V級(jí)，距水面上空15m多年平均風(fēng)速為4.07m/s，風(fēng)來向與圍堰垂直。圍堰距對(duì)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(hù)坡形式為干砌石護(hù)坡。

1)計(jì)算風(fēng)速：

根據(jù)《規(guī)范》式A.1.1

W10=KZWZ=3.91m/s

2)計(jì)算風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度：

根據(jù)規(guī)范可采用三種計(jì)算方法，本項(xiàng)目采用計(jì)算點(diǎn)到對(duì)岸的距離12.6km。

3)根據(jù)莆田公式計(jì)算平均波高和平均周期以及平均波長(zhǎng)：

平均波長(zhǎng)根據(jù)《規(guī)范》式A.1.5-3采用試算法計(jì)算，得平均波長(zhǎng)為6.73m。

計(jì)算風(fēng)速W=1.5×W10=5.86m/s。

風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度D=12600m

將上述參數(shù)帶入莆田公式可計(jì)算出平均波高0.22m。

根據(jù)平均波高計(jì)算平均周期為2.08s。

4)計(jì)算風(fēng)雍高度：

根據(jù)《規(guī)范》式A.2.2，計(jì)算風(fēng)雍高度e=0.0114m。

5)計(jì)算正向波平均爬高：

根據(jù)圍堰邊坡和護(hù)坡形式根據(jù)《規(guī)范》式A2.4-1和式A2.4-2計(jì)算其正向來波爬高為0.34m。

6)由正向平均波浪爬高計(jì)算相應(yīng)累計(jì)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(jí)為V級(jí)，對(duì)應(yīng)的累計(jì)頻率為P=20%。

根據(jù)上述參數(shù)和《規(guī)范》表A.2.5進(jìn)行插值計(jì)算，得波高為0.47m。

7)根據(jù)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(jié)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(jì)算的組成部分，本文根據(jù)《規(guī)范》詳細(xì)講述了其計(jì)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(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)水利部.SL623—2013水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2013.

[2]中華人民共和國(guó)水利部.SL303—2004水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2004.

文章編號(hào)：1007-7596(2016)02-0109-02

[收稿日期]2015-10-28

[作者簡(jiǎn)介]劉森(1985-)，男，山東淄博人，工程師。

中圖分類號(hào)：TV551.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B