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国内外斜坡式海堤平均越浪量计算方法的对比分析杨克勤;路卫卫【摘要】介绍了国外常用的EurOtop (2007)中平均越浪量的计算方法,结合国内《海港水文规范》及国内专家学者提出的计算方法进行对比分析,并通过实际工程案例情况进行验证比较,得出了EurOtop (2007)中关于斜坡式海堤平均越浪量的计算方法考虑的影响因素更加全面、相对更具参考价值的结论.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】4页(P17-20)【关键词】EurOtop (2007);海堤设计;平均越浪量【作者】杨克勤;路卫卫【作者单位】中交第四航务工程勘察设计院有限公司,广东广州510230;中交第四航务工程勘察设计院有限公司,广东广州510230【正文语种】中文【中图分类】TV139.2Wave Overtopping of Sea Defences and Related Structure :Assessment Manual[1]简称EurOtop，是EurOtop Team在英国、荷兰以及德国等国家学者研究的基础上，结合了EC CLASH工程收集的大量数据，又经修改完善扩充后完成的一本设计手册，该手册取代了EA Overtopping Manual(Besley，1999)，TAW Technical Report on Wave run up and wave overtopping at dikes(vander Meer,2002)和German Die Küste EAK 2002，作为一本新的设计手册用于海堤的设计与研究。
该手册采用的是波谱参数而不是以统计的特征波浪要素来进行越浪计算。
其计算方法综合考虑了肩台、边坡表层糙率、波浪入射角度及防浪墙的影响，给出了越浪量的计算公式，并且还给出了复杂海堤断面上越浪量的计算方法。
其越浪量计算的基础公式为：我国现行《海港水文规范》中越浪量计算方法是南京水利科学研究院通过模型试验提出的，该试验采用的波谱主要为JONSWAP谱。
中外港口规范对比研究Ⅱ：海堤越浪量标准耿宝磊;王眯;陈汉宝;刘海源【摘要】海堤是港口海岸工程中经常采用的建筑物,而越浪量标准是影响其设计和使用的重要因素之一.文章对中英美日以及荷兰等国港口相关规范中涉及海堤允许越浪量、斜坡堤越浪量计算方法进行了概述,具体分析了允许越浪限值差异以及各越浪量计算公式的适用性,在此基础上收集了国内外相关工程实例进行验证比较,在不同工况下,对不同方法的计算结果进行对比分析,可为海内外港口相关设计工作提供参考.【期刊名称】《水道港口》【年(卷),期】2019(040)004【总页数】7页(P397-403)【关键词】港口工程;规范;海堤;允许越浪量;公式【作者】耿宝磊;王眯;陈汉宝;刘海源【作者单位】交通运输部天津水运工程科学研究所港口水工建筑技术国家工程实验室工程泥沙交通行业重点实验室,天津300456;河海大学港口海岸与近海工程学院,南京210098;交通运输部天津水运工程科学研究所港口水工建筑技术国家工程实验室工程泥沙交通行业重点实验室,天津300456;交通运输部天津水运工程科学研究所港口水工建筑技术国家工程实验室工程泥沙交通行业重点实验室,天津300456;交通运输部天津水运工程科学研究所港口水工建筑技术国家工程实验室工程泥沙交通行业重点实验室,天津300456【正文语种】中文【中图分类】U652.7+1海堤是港口工程中常见的结构物，具有防潮、挡浪的功能，但当堤顶高程不足以抵抗大浪时，大量水体越过堤顶，甚至影响后方安全。
由于越浪水体的时空分布不均匀性，各国规范中通常用平均值来表征，平均越浪量定义为单位时间波浪越过堤顶的单宽流量。
“丝绸之路经济带”以及“21世纪海上丝绸之路”贯穿欧亚大陆，东连亚太经济圈，西入欧洲经济圈，港口工程国际化趋势日益显著，但由于不同国家地域文化、自然环境、发展历程等差异导致国内外港口规范各不相同，因此探寻规范差异成为一项重要的工作。
表1 《防波堤与护岸设计规范》中允许越浪量Tab.1 The allowable overtopping discharges in Code of Design for Breakwaters and Revetments 防护对象防护措施允许越浪量[m3/(m·s)]掩护后方危化品罐区、岸顶铺设管线等重要设施岸顶有防护0.005掩护后方罐区和较重要的基础性设施岸顶有防护0.010后方人员和公用设施密集的区域岸顶及内坡有防护0.020后方人员不密集或有堆场、仓库等一般性设施岸顶及内坡有防护0.050近年来，国内诸多学者对国内外港口相关规范进行了比较研究：夏运强等[1]综述了日、美、荷兰、中国规范对允许越浪量的规定，并在此基础上探讨性提出了港口工程允许越浪量；刘堃等[2]结合两个实例工程对比分析了《港口与航道水文规范》越浪量计算方法、断面物模、局部物模的差异；邱喜等[3]通过毛里塔尼亚工程对中、美、英国规范中越浪量计算方法进行比较；杨克勤等[4]具体分析了EurOtop、《港口与航道水文规范》、陈国平公式的差异。
护岸堤顶越浪计算作者：郭嫣嫣来源：《中国科技博览》2013年第15期【摘要】景观护岸通常在高潮大浪时将越浪量控制在一定范围内，以满足护岸结构安全、堤后冲刷破坏及景观等多方面要求。
不同型式的护岸结构在不同的波浪作用下越浪量算法不同，且允许越浪标准也不同。
结合不同型式建筑物越浪量控制标准，景观护岸堤顶高程的确定方法亦有所不同。
本文综述已有斜坡堤与直立堤平均越浪量计算方法等研究成果，提出以控制允许平均越浪量来反算堤顶高程，优化部分景观护岸堤顶高程确定方法，为工程设计参考。
【关键词】景观护岸；越浪量；堤顶高程；【中图分类号】F221.越浪量的定义当波浪作用至沿海建筑物上时，会沿着堤面上爬波浪爬高超过堤顶时即为发生越浪。
越浪量的大小主要取决于作用波浪的大小和建筑物的断面尺度。
越浪量主要影响堤身和堤后的结构安全及建筑物的功能性安全，其大小可用平均越浪量与单波越浪量大小进行衡量。
平均越浪量q 定义为1 个足够长的波列在单位堤长、单位时间内的平均越顶水量。
平均越浪量可以反映较长时间内越浪的平均效应，不能很好地对越浪的短期或瞬时效应作出准确的反应，因此引入单波越浪量，其定义为单个波浪在单位长堤上产生的越顶水体积。
单波越浪量可以准确反映出堤顶行人与车辆的危险程度，是工程设计中需考虑的重要参数之一。
2.斜坡堤堤顶越浪量计算方法2.1我国个别省市常用公式该公式局限性较大，仅适用于两种坡比，且存在防浪墙的条件下使用，不适于广泛推广。
5.堤顶高程确定目前较为通用的堤顶高程确定方法主要为设计水位加上一定的波浪爬高及超高最终确定。
此外，堤顶高程还可采用越浪量为控制准则来确定堤顶高程。
对于景观护岸而言，不允许越浪并不是严格要求无越浪，而是要求越浪概率很小。
若按照不允许越浪来设计景观护岸，既不经济也不美观，因此在景观护岸设计过程中，可对护岸结构安全与后方交通安全确定堤顶允许平均越浪量，以此反推堤顶高程。
6.结语景观护岸作为堤防工程的一种，具有一定的特殊性，除应满足结构与后方结构安全外，还需满足景观、亲水等要求。
复式海堤结构越浪量计算方法比较舒叶华;徐宇航;谢先坤【摘要】针对复式海堤斜坡堤结构下的越浪量计算,国内尚无规范可循.在实际海堤工程建设中,迎浪侧设置平台的海堤结构的选用较为普遍,因此为该海堤结构形式设计提供依据十分必要.通过分析比较国内外常见的复式海堤结构的越浪量计算方法,得出各家公式计算越浪值随堤顶超高、平台上水深、平台宽度以及挡浪墙高度变化的关系,并通过比较不同结构形式下的复式海堤物理模型试验数据,推荐采用EurOtopII和陈国平公式计算复式海堤结构的越浪量,再进行比选和验算.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2019(000)005【总页数】6页(P27-31,36)【关键词】复式海堤;越浪量;平台;计算方法【作者】舒叶华;徐宇航;谢先坤【作者单位】上海市水利工程设计研究院有限公司, 上海200061;上海市水利工程设计研究院有限公司, 上海200061;河海大学港口海岸与近海工程学院, 江苏南京210098;上海市水利工程设计研究院有限公司, 上海200061【正文语种】中文【中图分类】U656.2+1海堤是人类防御海浪破坏的第一道防线，在抵御波浪侵袭，保护人民生命财产安全时具有不可替代的作用。
随着灾害防护等级的提高，为控制堤顶高程的同时减小越浪量，在迎浪侧斜坡上设置消浪平台以削减波浪作用具有良好的效果，形成复式断面海堤结构。
然而，国内相关海堤工程设计规范中并未对带平台的复式海堤越浪量计算做出说明，针对不规则波作用下的复式海堤结构越浪量的研究也较少，各家越浪量计算方法计算结果差异较大，尚未形成统一的计算标准。
本文通过分析比较国内外常见的复式海堤结构越浪量计算方法，分析计算越浪量与各影响因素之间的关系，并结合物理模型实测数据给出推荐的越浪量计算方法，为实际复式海堤结构工程设计提供依据。
1 复式海堤结构越浪量计算方法1.1 Owen公式英国学者Owen于1980年针对光滑不透水单坡及简单复坡海堤越浪量进行了较为系统的研究[1]，对试验结果进行无因次分析，总结出的计算公式如下：(1)式中：q为单宽平均越浪量(m3·m-1·s-1)；Hs为堤脚有效波高(m)；Rc为海堤堤顶超高;Tm为海堤堤脚处入射波浪的平均周期(s)；γf为护面糙渗系数；a、b为经验系数。
斜坡堤波浪爬高的数值研究
随着社会的进步，人类在海岸线上的建设势头迅猛，但是海岸线控制工程的安全也受到很多威胁，其中斜坡堤波浪爬高的数值研究就显得尤为重要。
斜坡堤波浪爬高是斜坡堤坞受波浪作用而海水水位升高的一种现象。
如果某斜坡堤坞受到波浪折击而形成暴力浪潮，就有可能使整座斜坡堤坞上涨，甚至达到波峰同高水平，从而破坏斜坡堤坞的稳定与安全。
因此，对斜坡堤波浪爬高的数值研究成为斜坡堤坞安全工程的重要内容。
根据之前的经验研究，爬高高度可以由三个组成要素将其确定：潮位变幅高度，波浪折击高度及波浪折击影响下爬高高度。
潮位变幅高度可由潮汐观测、模拟计算等手段来获得；波浪折击高度可由声学、测量等来提供；波浪折击影响下的爬高高度应考虑折击角、堤坞抵抗及波浪形状等，要进行数值处理以求其准确值数。
总之，斜坡堤波浪爬高的数值研究是一项繁琐工作，有很多原因影响，需要对乘于影响因素进行再次计算，并且需要在多次计算过程中，以及多次赋值尝试中不断地修正其计算结果。
因而，就目前而言，斜坡堤波浪爬高的数值研究仍然具有很大的技术挑战，然而随着计算机的发展和工程设计的进步，工程界越来越能够正确地判断斜坡堤坞的安全等级，以便准确预测并制定防护措施。
未来，将会有更多有关斜坡堤波浪爬高的数值研究，以协助海岸线控制工程的安全建设。
第49卷第6期2018年3月人 民 长 江Yangtze RiverVol.49,No.6Mar.,2018收稿日期:2017-11-18基金项目:国家自然科学基金项目(51609214);浙江省科技计划项目(2016F50019);浙江省自然科学基金项目(LQ16E090004);浙江省水利厅科技项目(RC1607)作者简介:邵 杰,男,工程师,硕士,主要从事海岸及海洋工程研究。
E -mail :hldss008@文章编号:1001-4179(2018)06-0088-04斜坡式海堤结构尺度对越浪量的影响研究邵 杰,王永举,张芝永(浙江省水利河口研究院浙江省河口海岸重点实验室,浙江杭州310020)摘要:为系统研究坡式海堤结构尺度对越浪量的影响,开展了相关波浪水槽试验,在观察越浪量试验现象的基础上,分别研究了斜坡坡度、防浪墙顶超高、防浪墙高度对斜坡式海堤越浪量的影响。
结果表明:防浪墙顶超高对越浪量的影响最为显著,越浪量随防浪墙顶超高的增大而减小,且减小趋势随之变缓,无量纲形式下的越浪量随相对防浪墙顶超高的增大呈现较明显的指数递减关系;随着斜坡坡度的增大,因斜坡面上损耗能量的增加大于反射能量的减少,越浪量总体呈现减小的变化趋势,斜坡坡度对越浪量的影响不及防浪墙顶超高;防浪墙顶超高一旦确定,防浪墙高度对越浪量的影响相对较小。
关 键 词:斜坡式海堤;越浪量;结构尺度;无量纲处理中图法分类号:TV871 文献标志码:ADOI :10.16232/ki.1001-4179.2018.06.016多年来,海堤越浪一直是海岸工程领域最受关注的热点问题之一,国内外学者从20世纪初开始便开展海堤越浪量的研究,目前已取得了许多成果。
其中,国外Saville T [1-2]、Yuichi Iwagaki 等[3]、Weggle J R [4]、Owen [5-7]分别对海堤越浪量进行了专门的研究;国内的研究始于20世纪60年代,1990年周家宝等通过模型试验提出了海堤平均越浪量计算公式[8-9],被1998版《海港水文规范》所引用并延续至《港口与航道水文规范》(JTS145-2015)[10];1992年虞克等提出了带直立胸墙的斜坡堤平均越浪量计算公式[11];21世纪初陈国平、周益人、范红霞等也通过系统研究提出了越浪量计算公式[12-16];2011年赵庚润等通过数值模拟的手段研究了风对单斜坡海堤越浪量的影响[17];2014年常江等系统研究了斜坡堤堤顶宽度对越浪量的影响规律[18];周雅[19]、王聪[20]也分别开展了斜坡堤越浪量的试验研究。
规范公式及各家研究成果虽然涉及的越浪量影响因子较多,但对于海堤越浪量受结构尺度影响的规律性研究不够深入。
本文通过水槽试验,系统研究斜坡式海堤结构尺度对其越浪量的影响,研究成果可为沿海地区海堤工程建设提供参考。
1 物理模型设计试验在70m ×1.2m ×1.7m(长×宽×高)的波浪水槽内进行,由电机驱动式无反射造波机系统进行造波,末端设有消能缓坡以减少波浪反射。
水槽纵向分为两部分:外侧0.5m 宽度内用于布设试验断面,内侧则用于消除波浪的二次反射。
防浪墙采用直墙式,堤前水深d =45cm,试验采用不规则波,期望谱选用JONSWAP 谱,谱峰升高因子γ=3.3,波要素的率定满足《波浪模型试验规程》(JTJ /T234-2001)[21]的相关误差要求。
海堤结构尺度主要考虑斜坡面坡度、防浪墙顶超高、防浪墙高度三者的不同组合(见图1)。
各试验参数如下:①有效波高H s :6,10,12.5,15,20cm;②平均周期T :0.8,1.2,1.7,2.0,2.5s;③斜坡面的坡度m :2,3,4,6;④墙顶超高H c :10,15,20,25,30cm;⑤防浪墙高度P :第6期邵杰,等:斜坡式海堤结构尺度对越浪量的影响研究3,6,9cm。
将上述变量进行组合,共开展192组越浪量试验,越浪量采用集水称重法量测,每组越浪量试验重复3次,取其平均值以减小偶然因素的影响。
图1试验断面及各物理参数示意Fig.1Test section and physical parameters2试验现象分析图2为典型试验组次(m=3、P=6cm、H c=20 cm、H s=20cm、T=1.7s)下斜坡式海堤越浪量试验过程中的各种物理现象。
该组次下,外海来波传至护面斜坡段上方后波面开始发生变形,波浪能量也随之衰减,因不规则波波列中每个波的大小尺度不一、波面形态有别,部分波浪在护面斜坡的中上段破碎,破碎的波流水体继续沿坡面上爬,经防浪墙后被挡回海侧,与下一个入射来波相遇后继续冲击海堤迎浪面;部分波浪直接打击防浪墙,墙体附近水花飞溅至防浪墙及堤顶路面,水花产生的冲击力有限,海堤的后坡结构也不受飞溅水花的冲击作用;部分波浪传至防浪墙前沿时已形成一股强劲的波流水体,其打击防浪墙后形成一定水舌厚度直接越过防浪墙的顶部;个别长波沿程损耗不大,携带大量水体直接漫过防浪墙顶形成越浪,越浪水体对后坡造成一定的冲击。
图2越浪量试验中的各种物理现象Fig.2Various physical phenomenon inthe wave overtopping experiment 3各影响因子的规律性分析3.1斜坡坡度的影响图3为P=6cm,H c=0.20m时,9个正交波要素组次的越浪量q随斜坡面坡度m的变化情况。
对某一波要素组次而言,坡度m的变化过程间接反映了不同的波浪形态,因此从波浪形态上分析:坡度m=2组次下波浪形态为不完全立波,虽然入射波遇防浪墙后的反射程度仍较大,但坡面上的波浪基本不破碎,波浪爬坡效应较为显著,越浪现象较明显;由m=2变化至m=3的过程中,随着坡度的变缓,来波开始堤前出现轻微的破碎,海堤越浪量开始减小,大越浪组次的减小幅度较为显著;在m=3变化至m=4的过程中,回落的波流水体有所加强,斜坡面上波浪破碎程度逐渐扩大,来波波态成为破碎立波,海堤越浪量也有所减小; m=4变化至m=6的过程中,入射波在斜坡面上由局部破碎发展成为整体破碎,此时波浪为卷波波态,海堤越浪量开始加速下降。
从能量的角度分析:随着斜坡面坡度m的增大,虽然波浪反射程度有所减弱,但来波峰前的破碎程度却在逐渐扩大,波浪紊动损耗的能量增多,损耗能量的增加值大于反射能量的减少值,故海堤越浪量总体呈现减小的变化趋势。
尤其当斜坡面坡度m继续增大(m=4变化至m=6过程中)时,来波在斜坡上的破碎进一步加剧,波浪破碎消耗了大部分的入射波能量,同时斜坡变坦使得波流水体在斜坡上爬升的距离增大,沿程的摩阻作用和上爬水流的紊动损失都增加,故越浪量减小的趋势更为明显。
图3越浪量随斜坡面坡度的变化Fig.3Variation of wave overtopping with the slope 3.2防浪墙顶超高的影响防浪墙作为海堤防潮防浪的主要结构部位,它将改变波流水体传至海堤上部结构处的运动状况,消减一部分波浪能量,从而直接影响越浪量的大小。
防浪98人民长江2018年墙顶超高H c是指防浪墙顶高出静水面的高度,是影响越浪量的一个重要因素。
本文引入相对防浪墙顶超高H c/H s这一无因次量,图4为越浪量q随H c/H s的变化情况。
由图4可见,随着相对防浪墙顶超高H c/H s的增大,越浪量q呈现明显的减小趋势,随着越浪量的减小,该趋势总体上逐渐变缓。
图4越浪量随相对防浪墙顶超高的变化Fig.4Variations of wave overtopping with the relativesuperelevation of top parapet wall进一步将越浪量数据进行无量纲化处理,越浪量q可转换为两种无量纲型式:q′=q/(gT p H s)(1)q∗=q/gH3s(2)式中,q为越浪量,m3/(m·s);T p为谱峰周期,T p= 1.21T,T为平均波周期,s;H s为有效波高,m;g为重力加速度,m/s2;H c为防浪墙顶超高,m。
图5(a)和图5(b)分别为q′,q∗随相对防浪墙顶超高H c/H s的变化情况。
由图5可见,无量纲型式下的越浪量q′,q∗均与相对防浪墙顶超高H c/H s之间呈现较明显的指数递减关系,相关系数都在0.8以上。
相比较而言,q′与H c/H s之间的指数相关性更好。
3.3防浪墙高度的影响当防浪墙顶超高H c=0.20m时,针对防浪墙高度P=0.03,0.06m和0.09m三大类组次下的越浪量试验结果,引入防浪墙相对高度P/Hc这一无因次量,图6~7给出了越浪量q及无量纲越浪量q′、q∗随P/Hc的变化情况。
可以看出,Hc=0.20m不变、P逐渐增大的(P/Hc自0.15→0.30→0.45)过程中,3种型式的越浪量随P/Hc的变化规律相似,即总体上随P/Hc的增大而有所减小,减小趋势逐渐减缓。
其中,防浪墙高度P自0.03m增大至0.06m过程中越浪量减小较为显著,且在入射波高较大的组次该现象越发突出。
究其原因,在防浪墙顶超高一定的前提下,过小的防浪墙高度意味着堤身很宽,大浪在斜坡面上爬坡损耗的能量有限,但防浪墙前的反射效应却大幅减小,造成了较大的越浪量。
在防浪墙P自0.06m增大至0.09m过程中,波浪在斜坡面上爬行能量的损耗减小,但直墙面反射作用更为突出,越浪量的变化幅度并不大。
图5无量纲越浪量随相对防浪墙顶超高的变化Fig.5Variation of dimensionless wave overtopping withthe relative superelevation of top parapet wall图6越浪量随防浪墙相对高度的变化(m=3)Fig.6Variation of wave overtopping withthe relative height of parapet wall(m=3)3.4综合分析根据上文的分析可知,斜坡坡度、防浪墙顶超高、防浪墙高度作为斜坡式海堤迎浪面的主要结构尺度,对堤顶越浪量的影响程度不一。
防浪墙顶超高对越浪量的影响最为显著,无量纲型式的越浪量可以与相对防浪墙顶超高直接建立指数函数关系。
而斜坡面上的波浪形态与坡度、波浪要素等息息相关,伴随着波浪在斜坡面上的能量损耗及防浪墙前沿波浪反射效应,斜09第6期邵杰,等:斜坡式海堤结构尺度对越浪量的影响研究坡面坡度对越浪量的影响程度不及防浪墙顶超高。
防浪墙顶超高一旦确定,防浪墙高度对越浪量的影响相对较小。
图7无量纲越浪量随防浪墙相对高度的变化(m=3) Fig.7Variation of dimensionless wave overtopping withthe relative height of parapet wall(m=3)4结论(1)防浪墙顶超高对越浪量的影响最为显著,越浪量随防浪墙顶超高的增大而减小,且减小趋势随之变缓;随着斜坡坡度的增大,因斜坡面上损耗能量的增加大于反射能量的减少,越浪量总体呈现减小的变化趋势,斜坡坡度对越浪量的影响不及防浪墙顶超高;防浪墙顶超高一旦确定,防浪墙高度对越浪量的影响相对较小。
