广东省某渔港整治工程波浪数值计算报告

PAGExx省xx渔港整治工程波浪数值计算研究报告xx大学xx国家重点实验室xx年xx月项目名称：xx省xx渔港整治工程波浪数值计算研究实验室负责人:教授项目负责人：教授教授参加人员：报告编写：报告审核：教授目录前言数值计算目的计算条件和计算内容计算条件设计潮位波浪方向和波浪要素计算内容3.2.1拦沙防波堤方案比选3.2.2不同工程阶段港域设计波高和港内波况计算港内波况计算的数值模式计算软件波浪计算数值模式五、波浪数值计算结果拦沙防波堤设计方案比选的波浪数值计算一期工程阶段的波浪数值计算一期工程阶段、50年一遇波浪的设计波要素一期工程阶段、港内波况计算二期工程阶段的波浪数值计算5.3.1二期工程阶段、50年一遇波浪的设计波要素5.3.2二期工程阶段、港内波况计算六、结论前言受xx省xx政府的委托，xx大学xx国家重点实验室承担了xx渔港整治工程港内波况计算的研究工作。本试验所需原始资料和技术要求，均由xx省xxxx设计院提供。二、数值计算目的xx渔港位于xx西海岸、xx的东北部，海上南距xx港、xx港分别为10海里、21海里，北距xx港20海里，即东经xx、北纬xx，港域现状如图1所示。xx渔港靠近北部湾渔场，从地理位置、自然条件和渔业发展速度来看，各方面均有良好的条件。但由于港口码头泊位不足，且无防波堤掩护，随着渔船及渔业辅助船只向大型化发展，现有码头设施不能满足渔船靠泊、装卸作业的正常需要，因此，渔港的规划和扩建是迫切和必要的。基于xx渔港整治工程的总体规划方案，在对渔港泥沙、波浪及气象状况等前期分析研究工作的基础上，拟修建双环抱式的拦沙防波堤，减少港内泥沙淤积和改善港内的泊稳条件，并扩建码头泊位和疏浚航道，以达到船只能正常进港作业。考虑到工程量和工程经费，上述规划方案分做两步实施，一期工程阶段：扩建码头泊位，连接现有卸鱼码头建成700m长的拦沙防波堤（后文简称“南堤”），并疏浚进港航道和开挖港池；二期工程阶段：连接北端岸壁建成550m长的拦沙防波堤（后文简称“北堤”）。二期工程竣工后，南北两条防波拦沙堤环抱xx渔港，为渔港提供40万平方米的掩护水域。现拟对xx渔港整治工程的港内波况进行数值计算，在两条拦沙防波堤的三种平面布置方案中，通过比选、优化，确定两条拦沙防波堤的推荐方案；并针对一期和二期工程的不同施工阶段，给出拦沙防波堤处、码头前沿的设计波高，为码头结构设计提供依据；在航道疏浚和港内水域开挖后，给出各种设计水位及波向条件下的港内波况。三、计算条件和计算内容3.1计算条件3.1.1设计潮位本港潮汐属不规则半日潮，其潮位特征值（采用理论深度基准面）为：极端高潮位：+6.08m设计高潮位：+4.95m设计低水位：+0.65m波浪方向和波浪要素xx渔港岸线近似南北走向，西南部风区最长，从xx岛的实测波浪分析，SW向是强浪方向，且频率较大。按照渔港总体规划，两条拦沙防波堤建成后的草滩渔港口门向西，且由于一期工程首先建设南堤，所以应该讨论WNW向的小风区风浪和W向的外海来浪对港域拟建码头、拦沙防波堤工程结构和港域泊稳作业的影响。综上，波浪数值计算选取SW、W和WNW三种波向。（一）外海涌浪借用邻近xx岛测波资料，并考虑波浪自外海向近岸传播过程中，水面上风速的影响因素，xx渔港工程点前沿-10m等深线处的波浪要素如表1所示。表1.xx渔港港外－10m等深线处SW向波浪的波浪要素波浪重现期波要素波高H1/3（m）周期（s）50年一遇4.3m8.1s2年一遇2.5m6.1s而xx渔港港外－10m等深线处SW向的涌浪在向港区水域转播的过程中，仍受到表面风应力的作用而继续成长，借用xx岛1970~1991年间的最大风速资料，计算SW向的设计风速，用P-Ⅲ曲线做频率分析，50年一遇SW向的设计风速为26.4m/s，2年一遇SW向的设计风速为13.9m/s。据xxx岛测波站19600~19882年间的测测波资料统统计，WSW~WW向波浪的的平均波高高（H1/100）为0.55m、周期期为3.1s，xx气象站站给出的本本区WSW~WW向的最大大风速9mm/s。（二）WNWW向小风区区波浪据xxxx气象站站的多年测测风资料统统计，WWNW向的最大大风速为112m/s。3.2计算内内容3.2.1拦拦沙防波堤堤方案比选选拦沙防波堤的三三种平面布布置方案如如图2~图4所示。其其中图2是设计方方提出的建建议方案（后后文简称方方案1）；图3是在方案1的基础上上，北堤轴轴线外摆15º，而南堤堤轴线位置置不变（后后文简称方方案2）；图4是在方案1的基础上上，北堤轴轴线外摆15º，而南堤堤轴线内摆摆15º（后文简简称方案3）。采用设计高水位位，计算给给出SW向、W向2年一遇的的外海涌浪浪（叠加2年一遇SW向、W向设计风风速的影响响）和WNW向小风区区的港域波波高分布，通通过比选，为为拦沙防波波堤的设计计提供推荐荐方案。不同工程阶段的的港域设计计波高和港港内波况计计算通过3.2.11的方案比比选，确定定了两条拦拦沙防波堤堤设计的推推荐方案。但但由于xxx渔港治理理工程分成成两个阶段段，即一期期工程（只只建南堤）和和二期工程程（南堤和和北堤都建建成），而而不同的工工程阶段港港域的设计计波高和港港内波况有有所不同，应应分别采用用极端高水水位、设计计高水位和和设计低水水位，计算算给出两个个阶段的SW向、W向、WNW向的设计计波高及港港域的泊稳稳状况。图1.xx渔渔港现状平平面图图2.xx渔渔港规划整整治工程方方案1平面图图3.xx渔渔港规划整整治工程方方案2平面图图4.xx渔渔港规划整整治工程方方案3平面图四、港内波况计计算的数值值模式4.1计算软软件xx渔港的波浪浪数值模式式采用由丹丹麦DHI水力研究究所（DHIWateer&Enviironmment）研制的MAKEE21软件系统统进行计算算。MAKE21软软件是目前前国际上公公认的、具具有良好精精度和强大大前后处理理功能的水水动力学专专用软件系系统,国内亦有有多个单位位购置和应应用，xxx大学xx国家重重点实验室室采用该软软件先后成成功地完成成了xx港跨海海大桥对xxx湾潮流流场的影响响数值模型型研究、xxx项目xx海域11kkm*6.5kkm范围内内的波浪数数值模拟研研究、xxx海域22kkm*3.8kkm范围内内的波浪数数值模拟研研究、xxx港改扩建建二期11#~16#泊位波浪浪及潮流场场数值计算算、xxxx渔港港港内波况计计算、xxxxx渔港港港内波况计计算、浙江江xx渔港港港内波况计计算及浙江江xx渔港港港内波况计计算等30余项港口口工程设计计波浪的计计算任务，都都取得了令令人满意的的结果，并并积累了良良好的关于于MIKEE21软件系统统的应用经经验。鉴于xx渔港的的地理位置置及波浪状状况，按总总体规划方方案，拟建建码头和拦拦沙防波堤堤，为此，工工程设计中中既要考虑外外海涌浪并并叠加风要要素又要考考虑小风区区的波浪，所所以，为满满足设计方方所提出的的技术要求求，达到本本次专项课课题验研究究的计算目目的，本课课题研究过过程中，项项目组将采采用MIKEE21软件系统统的两种波波浪数值计计算软件，分分别为MIKEE21--Nearrshorre模型软件件（计算并并叠加风浪浪影响）MIKEE21--Bousssineesq模型型软件（计计算涌浪）。4.2波浪计计算数值模模式4.2.1MIKEE21—Nearrshorre模型MIKE211—Nearrshorre是风浪浪模型，模模型基本方方程为能量量守恒方程程，差分格格式采用欧欧拉有限差差分求解，可可以模拟近近海地区涌涌浪并疊加加风浪生成成、衰减变变形要素的的传播过程程。模型考考虑了水深深变化引起起的折射、浅浅水变形、风风和底摩阻阻等波浪变变形影响因因素，其结结果包括有有效波高、平平均周期以以及平均波波向等波浪浪要素。4.2.2MIKEE21—Bousssineesq模型Boussinnesq波波浪数值模模型的基本本方程为：：式中：为水深；为重力加速度；；为波面高度；为水质点水平运运动速度；；为水质点水平运运动速度；；波浪数模研究的的技术路线线对于xx渔港建建拦沙防波波堤后的设设计波高和和港内波况况，将采用用大、小两两种计算范范围并分别别采用MIKEE21--Nearrshorre模型和MIKEE21--Bousssineesq模型进行行波浪数值值计算，大大范围分别别为SW向、W向和WNW向的波浪浪计算起始始边界到拦拦沙防波堤堤堤头附近近，小范围围为从拦沙沙防波堤堤堤头至港内内的计算水水域。在大大范围上采采用MIKEE21--Nearrshorre模型给出出各个方向向的波浪在在拦沙防波波堤堤头附附近波要素素的计算值值，并以此此为小范围围波浪计算算的起始条条件，采用用MIKEE21--Bousssineesq模型完成成建拦沙防防波堤后的的设计波高高和港内波波况。4.2.4波波浪计算的的边界条件件xx渔渔港拦沙防防波堤的波波浪反射系系数取值为为R=0..5，港内水水域的码头头岸壁为直直立结构，波波浪反射系系数取值为为R=1..0。4.2.55波浪数数模的计算算范围和计计算网格深水波要要素计算范范围及水深深如图5所示，一一期工程港港内波况计计算范围及及计算点位位置如图6所示，其其中F1~FF4为南防波波堤设计波波要素的计计算点，M1~MM4为码头设设计波要素素的计算点点；图7中的F5~~F7为二期工工程北防波波堤设计波波要素的计算点位位置。不同方向向、不同水水位的入射波浪浪，计算采用的网格尺度度和时间步步长如表2所示。表2.波浪数值值计算的网网格尺度和和时间步长长范围波向计算水位计算模块空间步长时间步长备注大范围SW,W,WWNW极高、设高、设设低Nearshoore20m×20mm稳态模型小范围SW,W,NNW极高、设高Boussinnesq4m×4m0.4s设低Boussinnesq1m×1m0.2s图5.深水波波要素计算算范围及水水深图▼F1▼F2▼F1▼F2▼F3▼F4▼M3▼M2▼M1▼M4图6.一期工程程港内波况况计算范围围及计算点点位置图▼F5▼F6▼F7▼F5▼F6▼F7图7.二期工工程港内波波况计算范范围及计算算点位置图图五、波浪数值计计算结果5.1拦沙沙防波堤设设计方案比比选的波浪浪数值计算算针对如图2~图图4所示的拦拦沙防波堤堤三种设计计方案，采采用SW向、W向2年一遇和WNW向小风区区的入射波波浪，设计计高水位时时xx渔港计算水水域