围堰工程波浪高度计算方法及实例

刘　森

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)



围堰工程波浪高度计算方法及实例

刘森

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

摘要：波浪高度为水利水电工程围堰超高计算非常重要的组成部分，2014年3月5日中华人民共和国水利部颁布的《水利水电工程施工导流设计规范SL623-2013》对波浪高度的计算原理和方法提出了明确的规定，文章根据新规范内容对波浪高度的计算原理进行了说明，并用实例讲述了其计算方法，可为同类工程提供一定的参考。

关键词：波浪爬高；施工组织设计；围堰超高；围堰设计高程

1问题的提出

2013年12月5日中人民共和国水利部发布了《水利水电工程施工导流设计规范SL623—2013》[1]。此标准由2014年3月5日正式实施，标志着水利水电工程施工导流设计更加规范化和细化。在此之前水利水电工程施工导流设计主要依据为《水利水电工程施工组织设计规范SL303-2004》，然而此规范中关于围堰堰顶高程的规定并不十分详尽，此规范中3.4.10条第一款中规定：“堰顶高程不低于设计洪水的静水位与波浪高度及堰顶安全加高值之和”，而波浪高度的计算标准及计算方法在规范中并未提及，需参考其他相关规范[2]。《水利水电工程施工导流设计规范SL623—2013》中关于此部分计算作了详细的解释，并有别于现行其他规范。本文主要介绍根据规范计算围堰波浪高度的方法，并举例说明。

2计算原理及计算步骤

计算原理根据《水利水电工程施工导流设计规范(SL623—2013)》(以下简称《规范》)。

2.1计算风速

W10=KZWZ

(1)

式中：W10为水面上空10m高度处10min的平均风速；KZ为风速修正系数，按《规范》附录A表A.1.1查询；Wz为距水面上空Z高度10m的平均速度。

2.2计算风区长度

(2)

式中：De为等效风区长度；Di为计算点至水域边界的距离，i=0、±1、±2、±3、±4、±5、±6；α第i条射线与主射线的夹角，αi=i△α，计算时△α可取7.5°。

2.3根据莆田公式计算平均波高和平均波周期

Tm=4.438hm0.5

(3)

式中：hm为平均波高，m；Tm为平均波周期，s；W为计算风速，m/s；D为风区长度，m；hm为水域平均水深，m；g为重力加速度，取9.81m/s2。

平均波长按下式计算：

(4)

式中：Lm为平均波长，m;h为堰迎水面前水深，m。

2.4计算风壅水面高度

最大风壅水面高度按下式计算：

(5)

式中：K为综合摩阻系数，K=3.6×10-6；W为计算风速，m/s；D为风区长度，由于库区沿风向两侧水域较狭窄，水域现状不规则，风区长度采用等效风区长度，m；Hm为水域的平均水深，m；β为计算风向与坝轴线法线夹角，°。

2.5计算正向波平均波浪爬高

1)当m=1.5～5.0时：

(6)

式中：Rm为平均波浪爬高，m；m为单坡的坡度系数，若坡角为a，即等于cota；K△为斜坡的糙率渗透系数，根据护面类型查《规范》附录A表A.2.4-1；Kω为经验系数，查《规范》附录A表A.2.4-2。

2)当m<1.25时：

Rm=K△KWR0hm

(7)

式中：R0为无风情况下，平均波高hm=1.0时，光滑不透水护面(K△=1)的爬高值查《规范》附录A表A.2.4-3。

2.6由正向平均波浪爬高计算相应累计频率的爬高

根据《规范》附录A表A.2.5插值计算。

2.7根据正向波与围堰法线夹角折减

根据《规范》附录A表A.2.6插值计算。

3实例计算

黑龙江省某重型水库，临时工程V级，距水面上空15m多年平均风速为4.07m/s，风来向与围堰垂直。围堰距对岸距离12.6km，围堰堰前水深10m，水域平均水深7m，围堰边坡1∶3，护坡形式为干砌石护坡。

1)计算风速：

根据《规范》式A.1.1

W10=KZWZ=3.91m/s

2)计算风区长度：

根据规范可采用三种计算方法，本项目采用计算点到对岸的距离12.6km。

3)根据莆田公式计算平均波高和平均周期以及平均波长：

平均波长根据《规范》式A.1.5-3采用试算法计算，得平均波长为6.73m。

计算风速W=1.5×W10=5.86m/s。

风区长度D=12600m

将上述参数带入莆田公式可计算出平均波高0.22m。

根据平均波高计算平均周期为2.08s。

4)计算风雍高度：

根据《规范》式A.2.2，计算风雍高度e=0.0114m。

5)计算正向波平均爬高：

根据围堰边坡和护坡形式根据《规范》式A2.4-1和式A2.4-2计算其正向来波爬高为0.34m。

6)由正向平均波浪爬高计算相应累计频率的爬高：

工程平均波高与堰前水深比为hm/H=0.02。

围堰工程等级为V级，对应的累计频率为P=20%。

根据上述参数和《规范》表A.2.5进行插值计算，得波高为0.47m。

7)根据方向折减：

工程正向波与围堰轴线的法线夹角为0度，无需折减。

因此，围堰波浪高度为0.47m。

4结论

土石围堰为水利工程常见围堰形式，其波浪高度是围堰超高计算的组成部分，本文根据《规范》详细讲述了其计算方法，并且举例说明，可为其他同类工程提供参考。

参考文献：

[1]中华人民共和国水利部.SL623—2013水利水电工程施工导流设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2013.

[2]中华人民共和国水利部.SL303—2004水利水电工程施工组织设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2004.

文章编号：1007-7596(2016)02-0109-02

[收稿日期]2015-10-28

[作者简介]刘森(1985-)，男，山东淄博人，工程师。

中图分类号：TV551.3

文献标识码：B