波浪在下陡上缓混合式海堤上越浪量研究

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1、波浪在下陡上缓混合式海堤上越浪量研究12123苗青，张从联，江洧（1.广东省水利水电科学研究院；2.广东省水动力学应用研究重点实验室；3.广东水利电力职业技术学院，广州，510610）摘要本文首次对下坡陡、上坡较缓、中间为平台的混合式海堤断面上不规则波越浪量进行了系统的试验研究，通过分析在不同海堤断面参数（主要为上下坡坡度、平台宽度、平台上水深等）及波浪要素条件下波浪越浪量的变化规律，给出了不规则波越浪量计算公式，通过对计算成果和试验成果以及其他常用公式的对比分析表明，本文给出的公式计算成果相对合理。本论文成果对实际海

2、堤工程断面设计有一定的参考价值。关键词不规则波；越浪量；混合式海堤；试验1引言在进行海堤设计时，堤顶高程是需要考虑的一个重要方面，堤顶高程的确定直接关系到工程的投资和堤围的安全。一直以来我国的海堤大部分还是以不允许越浪来进行设计，一方面造成海堤堤身高、投入大、影响景观要求；另一方面，在一些软土地区，由于沉降大，堤顶也难以达到设计要求。随着我国科技水平的快速发展，“允许越浪，固堤强坡”的海堤设计理念已逐步为设计人员所接受。由于越浪的影响因素非常多，主要有海堤断面型式、堤顶高程、堤前水深、堤前地形、波浪要素、风速、风向、堤

3、的渗透性、胸墙的型式、频谱宽度，底坡坡比，风和比尺效应等，导致越浪量的计算非常复杂。从国内外研究成果来看，单坡上的波浪越浪量研究相对已比较成熟，而复式断面海堤上的越浪量研究成果相对较少。目前复式断面的计算方法大体可分为二类：一是假想坡度法，将复式断面用单一的直线型来代替；二是计算折减系数，以考虑平台对波浪越浪量的影响。从复式断面的研究成果来看，大部分成果较侧重于上下坡度一致或上下坡度均较缓的断面型式，而对上坡缓下坡较陡的混合式海堤断面型式的越浪量还没有较明确的计算方法，而这种断面型式的海堤在我国沿海省份尤其在广东省较为

4、常见。本文就是基于此基础上开展的科学试验研究。2试验介绍2.1试验设备本试验在广东省水动力学应用研究重点实验室的波浪水槽中进行，波浪槽长66m，宽1m，高1.5m，在水槽试验段，用玻璃墙将波浪水槽分成二元水路。水槽一端是电机式水槽不规则波造波系统，另一端是高约1m的分层铺设的消波装置，用来减少波浪的反射，试验设备控制及数据采集在中控室中进行，波高仪采用电阻式波高仪，测量越浪时在堤后安放容器收集水体，称重得出平均越浪量。2.2试验内容及方法（1）设计波浪波谱及设计波浪要素的选择试验采用不规则波进行研究，波浪要素见表1，采

5、用JONSWAP谱为目标谱，试验中堤前水深为40cm。28表2-1试验采用的波浪要素编号水深d前（cm）有效波高Hs（cm）谱峰周期Tp（s）深水波陡140101.250.041240101.40.032340101.60.025440102.00.016（2）模型断面型式模型采用下部为陡墙、上部为斜坡中间带平台的复式断面，见图2-1。图中，md为下部陡墙坡度，mu为上部斜坡坡度，B为平台宽度，dw为平台上水深，其中平台在静水位之下取正，反之取负,Hc为堤顶高程，试验采用的断面各个部分的参数见表2-2。uHCHCdW(

6、取正值)∶m1dW(取负值)db前dmd前h∶1图2-1试验采用的模型断面示意图表2-2试验采用的断面参数编号mdmuB（cm）d（cm）H（cm）wc10.51.50-101520.02.010-32033.02002544035103越浪量试验成果及分析将越浪量试验数据初步整理，计算出平均越浪量，然后通过图表的形式分析了断面上下部陡墙坡度、平台宽度和高度、堤顶高度及波陡对平均越浪量的影响。本章中，md为下部陡墙坡度；mu为上部斜坡坡度；H为堤前有效波高；T为谱峰周期；H为堤顶高度，L为深水波长，spcop2Lg=T

7、2π；HL为深水波陡。oppsop（1）下部陡墙对越浪量的影响试验中下部陡墙对越浪量的影响见图3-1、3-2。在其他条件相同的情况下，陡墙坡度为0的越浪量比0.5小，翁克勤（1986）在陡墙上规则波爬高试验中发现，当堤前水深相对较大时，波浪波陡在0.02～0.1及陡墙坡比在0～1范围内时，爬高随着陡墙坡比的增加而增加，这是因为随29着陡墙由直立逐渐后倾，堤前出现立波波态时，由墙面反射的能量减小，爬高上升。薛鸿超等（1991）公式、我国堤防工程规范和海港水文规范公式中均反映出同样的规律。本文试验的海堤断面下部为陡墙，当波

8、浪传播到堤前时，先与下部陡墙相遇，使波浪形态以反射为主，陡墙坡度越陡，波浪爬高的能力越弱，越浪量越小。（2）上部斜坡对越浪量的影响试验中上部斜坡对平均越浪量的影响见图3-3、3-4。上部斜坡对越浪量的影响较为复杂：在其他条件相同的情况下，当波陡在0.016~0.041之间时，部分的试验组次表明，随着坡度的变缓，越浪量出现逐渐减小、