小风区风浪要素计算方法
海洋要素计算与预报(海浪3)
4
( 0 )2 exp 2 2 2 0
0.076~ x 0.22
~ x gx / U 2 ~ U / g
0 0
JONSWAP谱相对于风区的成长
文氏谱（1994）
~ 无因次化
0
j 1
S ( )0 ~ ~ S ( ) m0
H1/10 1 N10
H ,
i i 1
N10
T1/10
1 N10
T ,
i i 1
N10
N10 N / 10
H1/100
1 N100
N100 i 1
H ,
i
T1/100
1 N100
N100 i 1
T ,
i
N100 N / 100
H1% H i ,
H 4% H i ,
1 H F ( H ) exp
其中
2.126, 8.42
假定波动能量集中于谱重心频率附近（Longuet-Higgins,1975） ：
S ( )d
0
S ( )d
0
m1 m0
(t ) Re an expi(n t n )
n
(t ) Re ei exp(i t )
ei an exp{ i[(n )t n ]}
1
12 22 32 42 f (1 , 2 , 3 , 4 ) exp exp 2 (2 ) 0 2 2 0 22
其中
r
0
兴宁市罗坝河塘堤加固工程堤顶超高值-堤岸冲刷深度计算详解
兴宁市罗坝河塘堤加固工程堤顶超高值\堤岸冲刷深度计算详解摘要：以工程实例数据对堤防工程堤顶超高值、堤岸冲刷深度公式详细分解计算，说明堤防工程的设计的科学重要性。
关键词：工程简介波浪爬高波浪周期波长风壅增水高度冲刷深度兴宁市罗坝河塘堤加固工程位于兴宁市刁坊镇内，刁坊镇位于兴宁市东南部，面积58.01km2，工程围内由宁江河中游右岸及樟坑沥回水支堤组成，总长7.9km，围内集雨面积12.4km2，现有耕地0.55万亩，人口1.32万人。
全镇工业总产值17135万元，农业总产值16589.48万元。
交通便利，有S225线、河梅高速公路及广梅汕铁路等穿过。
一、堤防堤顶超高值计算该工程的堤顶超高值均按《堤防工程设计规范》(GB50286—98)中的有关公式和有关规定进行计算。
堤顶超高的计算公式为：Y=R+e+A (1)式中Y——堤顶超高(m)；R——设计波浪爬高(m)；e——设计风壅增水高度(m)；A——安全加高(m)。
本工程为不允许越浪的4级堤防工程，查本规范表2.2.1可知，A取值为0.6m。
设计波浪爬高R和设计风壅增水高度e均按本规范附录C中的公式和有关规定进行计算。
由于该工程堤线较长，堤的走向变化复杂，故选取工程中较有代表性的堤段进行计算。
(一)、宁江河主堤段(神光沥出口至樟坑沥出口)该堤段采用护坡式，堤外坡(迎水面)坡比为1：2.0。
由于堤线较长，只能选取水深较深，水域较宽的典型断面进行计算。
1、风浪要素的确定风浪要素的计算公式为：其中不规则波的波长为式中——平均波高(m)；——平均波周期(S)；V——计算风速(m/s)；F——风区长度(m)；d——水域的平均水深(m)；g——重力加速度(9.81m/s2)；tmin——风浪达到稳定状态的最小风时(S)；L——波长(m)。
该堤段中，计算风速V=16m/s，水域平均水深d=8.25米，风区长度F=97米，风向按垂直于堤线计。
根据这些已知条件，利用公式(2)可求得波浪的平均高H。
小风区风浪要素计算方法
小风区风浪要素计算方法
小风区风浪要素的计算方法：
一、气象观测资料
1.风速：采用风速仪根据ISO规范进行观测。
2.风向：采用风向指示仪根据ISO规范进行观测。
3.小量热流：采用热流管圈捕集热量，然后根据ISO标准进行计算。
4.温度：采用温度计或温度传感器根据ISO标准进行观测。
5.湿度：采用湿度计或湿度传感器根据ISO标准进行观测。
6.气压：采用气压表根据ISO标准进行观测。
二、风浪参数计算
1.浪高：采用气压表、小量热流管圈和热量分析仪根据BS EN 1030-1规范进行计算。
2.浪周期：采用海浪观测数据和ISO标准计算出浪周期的计算公式。
3.各型浪比：采用海浪观测数据按照规定的浪长和周期计算出各种型浪
的比例关系。
4.综合风浪强度：采用海浪观测数据，按照ISO标准计算出综合风浪强度指数。
三、数据传输
1.将小风区风浪要素的观测资料和计算结果通过网络进行实时传输，以便进行分析和及时预警。
2.采用ISO标准，确保小风区风浪要素的观测资料和计算结果可靠可信。
四、质量管理
1.采用质量管理方法确保小风区风浪要素的准确性、可靠性和完整性。
2.采用质量检查法和质量保证法，确保小风区风浪要素计算结果准确无误。
3.对小风区风浪要素计算过程中存在的缺陷进行定期检查和维护。
8.海浪
2）风浪的成长与风力、风区和 风时的关系 风区：指风向和风速近似一致的 风所吹刮的距离。 风时：是指近似一致的风向和风 速连续作用于风区的时间。 风力越大，风区越长，风时越久 ，风浪就越发展。但风浪的发展 不是无限制的，当波陡接近1/7时 ，波浪开始破碎，波高停止发展。 这种状态的风浪称为充分成长的风 浪。在风速一定时，风浪充分成长 不同风速时形成充分成长的风 需要一定的临界风时和风区。三者 浪所需要的最小风区和风时 的关系见右上图。 由图可见，风速越大，风浪充分成长所需要的最小风时和最小风区也 越大。例如当风速为20kn时，最小风区75n mile,最小风时为10h; 当 风速为30kn时，最小风区和最小风时分别增加到280n mile和23h。
3）风暴潮（Storm Surge）
――由强烈的大气扰动（强台风、强锋面气旋、寒潮大风等）引起的 海面异常上升现象。 主要原因：海面气压分布不均匀――气压每下降1hPa，海面约升高1cm； 大风――风暴向岸边移动时，受强风牵引海水涌向岸边，海 面升高，升高幅度与风速的平方成正比。 我国风暴潮多发区： 莱州湾、渤海湾、长江口至闽江口、汕头至珠江口、雷州湾和海南 岛东北角，其中莱州湾、汕头至珠江口是严重多发区。
§8.4 有效波高和合成波高 21
3、合成波高 ――风浪波高与涌浪波高的合成， HE＝（Hw2+Hs2）1/2 公式中：Hw――平均显著风浪波高； Hs――平均显著涌浪波高。 波浪分析图上的波高为合成波高。 二、有效波高与其它统计波高的关系 设有效波高H1/3＝1m，则 平均H＝0.63m H1/10＝1.27m H1/100＝1.61m H1/1000＝1.94m
§8.5船舶海洋水文气象观测与编报
29
N， 0°
4m/s
浅水风浪要素推算公式比较
浅水风浪要素推算公式比较陈琦;潘金霞【摘要】对于缺乏长期波浪观测资料的新建港址,利用风况观测资料推算风成浪,是确定设计波浪的简便方法.选取宁波-舟山海域两处工程实例,分别运用国内主要浅水风浪推算公式——规范法与莆田法,对海湾水域与岛屿环抱水域两种典型海域进行不同重现期设计浅水风浪要素的推算.通过对风区长度、风区平均水深以及设计风速等主要变量的工况组合,归纳两种方法的计算结果差异性与适用性,结论可供工程设计参考.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】8页(P14-21)【关键词】浅水波;风浪要素;有效波波高;有效波周期【作者】陈琦;潘金霞【作者单位】宁波港建设开发有限公司,浙江宁波315040;宁波中交水运设计研究有限公司,浙江宁波315040【正文语种】中文【中图分类】U652.3对于沿海地区部分新建港址，由于缺乏长期波浪观测资料，无法通过分析波列组成样本、利用概率分析方法计算分布规律及重现期设计波要素。
因此，利用当地气象台站的风况观测资料或天气图，依据风要素与波要素的关系计算波浪，是工程人员确定设计波浪的简便方法。
目前，风浪成长计算公式较多，国内最为常用的方法有《海港水文规范》[1]规定的风浪计算公式(简称“规范法”)、《堤防工程设计规范》[2]与《浙江省海塘工程技术规定》[3]采用的浅水水域波浪计算公式(简称“莆田法”)、部分工程单位参考使用的美国《海岸防护手册》[4]浅水波公式(即“SMB法”)。
对于风浪计算方面的研究，现多集中于利用天气图及风况资料，基于上述公式对特定海域(如渤海湾[5]、莱州湾[6]、杭州湾[7]及长江口[8]等)的风浪要素进行推算，通过与实测值或数值模拟结果比较[9]，分析该地区计算公式的适用性。
部分研究从公式入手，通过修正规范计算图表[10]以优化推算结果。
本文以宁波-舟山海域两处工程选址点为例，分别运用规范法与莆田法推求不同重现期设计浅水风浪要素，并通过对风区长度、风区平均水深以及设计风速等主要变量的排列组合，归纳两种方法的计算结果差异性与适用性，供工程设计参考。
海洋要素计算与预报海浪6
Z 1 E ck E
波动能量的每弧度增长率
Z a Uc w~c2 k W Uc 2
风浪的能量随时间指数地成长：
a 2 (t) a02eZt
2
W a
c U1
Z
2.3 Miles剪切流不稳定机制
U
U1
ln
z z0
c(k)
g 0
1
最大值
1/ 4
cm in
4g
W
1/ 4
c
c
os1
cm
in
U
c os1
4g
WU 4
Lc
2
W
g
二、风浪生成的初始阶段
S(k,t) (1, ) k 2(k)t 4 W2
S(k,t) k 2(k)t2
4 2 W2
Principal stage of development
S(k, t)
k 2t 2 2 W2
(k,)
c U cos Resonance condition:
2.3 Miles剪切流不稳定机制
U (z)
U (zc ) c
Lc 1.73cm
k 2(k)
极大值
S(k, t)
极大值
三、风浪生成的主要阶段
假定气流压力场为一平稳过程，经过推导得到波面谱的渐进值：
S(k,t)
k 2t
2 2 W2
(k, )cos
0
波浪要素及安全超高计算(堤防工程设计规范GB_50286-2013)
3.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 5 护面类型
KΔ ----- 斜坡的糙率渗透性系数 Kp----- 爬高累积频率换算系数
β ----- 风向与坝轴法线夹角 tmin----- 风浪稳定时最小风时
计算公式区
0.45 gF 0.0018 0 .7 2 gH V gd 0 . 13 th 0 . 7 th 2 0 .7 V2 V gd 0 . 13 th 0 . 7 2 V 0 .5 gT gH 13 .9 2 3 .45 V V gt min gT 168 V V 1 当m 1.5 ~ 5.0时；
光滑不透水护面（沥青混凝 混凝土或混凝土板 草皮 砌石
hm L m 1 m2 2 当m 1.25时； R P K K W K P R 0 hm 3 当1.25 m 1.5时。
RP
K KW K P
2 d L th 2 L
e KV F cos 2 gd
2
gT 2
β (°) 0 15 20 30 40 50
滑不透水护面（沥青混凝土）
凝土或混凝土板
皮
石
填两层块石（不透水基础）
填两层块石（透水基础）
脚空心方块(安放一层)
0.55 0.4 0.38
60
0.76
脚锥体(安放二层)
工字块体(安放二层)
辅助计算区 假设 L 2.305 计算 L 1.139 ΔL 1.166
Kv值
辅助计算区
V/(gd)^0.5 3 3.049
0.43845
名词解释区 V------计算风速 H------平均波高 L------平均波长 Kw------经验系数 F-----风区长度 T-----平均波周期 e-----风雍水面度 m-----坡度系数 d-----水域平均水深 A-----安全超高 K-----综合摩阻系数 R0、Rp----波浪爬高
风浪计算公式
风浪计算公式1. 莆田试验站法：⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛=7.0245.027.0227.013.00018.07.013.0W gH th W gD th W gH th W gh m m m5.0438.4m m h T =⎪⎪⎭⎫⎝⎛=m mm L H th gT L ππ222式中，m h ——平均波高，m ；m L ——平均波长，m ； m T ——平均波周期，s ；W ——计算风速，m/s ；D ——风区长度（吹程），m ； m H ——水域平均水深，m ；g ——重力加速度，取9.81m/s 2。
对于深水波，即当m L H 5.0≥时（H 为迎水面前水深），波长计算可简化为：π22mm gT L =按照规范规定采用累计频率为1%的波高，对应于平均波高应乘以系数2.42。
2. 对于丘陵、平原地区水库，当W<26.5m/s 、D<7500m 时，可采用鹤地水库公式：312612%200625.0⎪⎭⎫ ⎝⎛=-W gD W W gh 21220386.0⎪⎭⎫ ⎝⎛=W gD W gL m式中，%2h ——累计频率为2%的波高，对应于累计频率为1%的波高应乘以系数1.085。
3. 对于内陆峡谷水库当W<20m/s 、D<20000m 时，可采用官厅水库公式：31212120076.0⎪⎭⎫ ⎝⎛=-W gD W W gh 75.31215.212331.0⎪⎭⎫ ⎝⎛=-W gD W W gL m式中，h ——当250~202=W gD时，为累计频率5%的波高%5h ，m ；当1000~2502=WgD时，为累计频率10%的波高%10h ，m 。
根据规范应换算为累计频率为1%的波高，对应于5%的波高应乘以系数1.241；对应于10%的波高应乘以系数1. 415。
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小风区风浪要素计算方法
浪是海洋天气环境中一个重要的要素，它是由气象大气和海洋动力学共同作用下形成的。
根据海洋动力学原理，通过计算小风区的风浪要素，可以对其形成的情况和对海上行为的影响作出判断和推断。
本文旨在介绍小风区风浪要素的计算方法。
1. 风区风型的计算
小风区风型可以通过空间分析法来计算，即在一定范围内求解小风区风型，以表征其大小、位置等特征。
主要可以分为求解基本位置法和求解流矢线路法两种。
求解基本位置法的具体步骤是：首先根据观测数据，计算出小风圈的参数，如风型位置、风型大小等；然后，利用风型参数绘制风型；最后，根据观测的小风圈的特征，对其进行分类和定义。
2. 风区风浪的能见度计算
小风区风浪的能见度取决于小风区的大小、位置以及其风向和浪高，可以用可视化方法来计算。
首先，使用观测数据，绘制出风浪的位置和大小；然后，利用浪高参数和风向参数，求出风浪的能见度；最后，根据求出的能见度，对小风区的形成情况及其对海上行为的影响做出总结，来推断小风区的特征。
3. 风区风浪的能量计算
小风区风浪的能量取决于小风区的大小、位置以及其风速、浪高等要素。
它可以用可视化方法来计算，具体步骤如下：首先，利用观测数据，绘制出小风圈的位置和大小；然后，运用风速参数和浪高参
数，求出小风圈的能量；最后，根据求出的能量，对小风区的风浪的形成情况及其对海上行为的影响做出总结，来推断小风区的特征。
综上所述，计算小风区风浪要素的方法主要有三种：风型计算、能见度计算和能量计算。
首先，要利用观测数据，计算出小风圈的参数，如位置、大小、风向及浪高等；然后，利用这些参数，绘制出风型、求出能见度及能量等；最后，根据求出的结果，对小风区的形成情况及其对海上行为的影响做出总结，以期判断出小风圈的特征。
小风区风浪要素的计算不仅可以帮助我们更好地了解海洋环境，而且也可以有效预测小风圈的变化，为海上行为提供参考和工具。
因此，小风区风浪要素的计算可以为航海安全和气象应急预报提供可靠的信息和预测基础。