PAGExx省xx漁港整治工程波浪數值計算研究報告xx大學xx國家重點實驗室xx年xx月項目名稱：xx省xx漁港整治工程波浪數值計算研究實驗室負責人:教授項目負責人：教授教授參加人員：報告編寫：報告審核：教授目錄前言數值計算目的計算條件和計算內容計算條件設計潮位波浪方向和波浪要素計算內容3.2.1攔沙防波堤方案比選3.2.2不同工程階段港域設計波高和港內波況計算港內波況計算的數值模式計算軟件波浪計算數值模式五、波浪數值計算結果攔沙防波堤設計方案比選的波浪數值計算一期工程階段的波浪數值計算一期工程階段、50年一遇波浪的設計波要素一期工程階段、港內波況計算二期工程階段的波浪數值計算5.3.1二期工程階段、50年一遇波浪的設計波要素5.3.2二期工程階段、港內波況計算六、結論前言受xx省xx政府的委托，xx大學xx國家重點實驗室承擔了xx漁港整治工程港內波況計算的研究工作。本試驗所需原始資料和技術要求，均由xx省xxxx設計院提供。二、數值計算目的xx漁港位于xx西海岸、xx的東北部，海上南距xx港、xx港分別為10海里、21海里，北距xx港20海里，即東經xx、北緯xx，港域現狀如圖1所示。xx漁港靠近北部灣漁場，從地理位置、自然條件和漁業發展速度來看，各方面均有良好的條件。但由于港口碼頭泊位不足，且無防波堤掩護，隨著漁船及漁業輔助船只向大型化發展，現有碼頭設施不能滿足漁船靠泊、裝卸作業的正常需要，因此，漁港的規劃和擴建是迫切和必要的。基于xx漁港整治工程的總體規劃方案，在對漁港泥沙、波浪及氣象狀況等前期分析研究工作的基礎上，擬修建雙環抱式的攔沙防波堤，減少港內泥沙淤積和改善港內的泊穩條件，并擴建碼頭泊位和疏浚航道，以達到船只能正常進港作業。考慮到工程量和工程經費，上述規劃方案分做兩步實施，一期工程階段：擴建碼頭泊位，連接現有卸魚碼頭建成700m長的攔沙防波堤（后文簡稱“南堤”），并疏浚進港航道和開挖港池；二期工程階段：連接北端岸壁建成550m長的攔沙防波堤（后文簡稱“北堤”）。二期工程竣工后，南北兩條防波攔沙堤環抱xx漁港，為漁港提供40萬平方米的掩護水域。現擬對xx漁港整治工程的港內波況進行數值計算，在兩條攔沙防波堤的三種平面布置方案中，通過比選、優化，確定兩條攔沙防波堤的推薦方案；并針對一期和二期工程的不同施工階段，給出攔沙防波堤處、碼頭前沿的設計波高，為碼頭結構設計提供依據；在航道疏浚和港內水域開挖后，給出各種設計水位及波向條件下的港內波況。三、計算條件和計算內容3.1計算條件3.1.1設計潮位本港潮汐屬不規則半日潮，其潮位特征值（采用理論深度基準面）為：極端高潮位：+6.08m設計高潮位：+4.95m設計低水位：+0.65m波浪方向和波浪要素xx漁港岸線近似南北走向，西南部風區最長，從xx島的實測波浪分析，SW向是強浪方向，且頻率較大。按照漁港總體規劃，兩條攔沙防波堤建成后的草灘漁港口門向西，且由于一期工程首先建設南堤，所以應該討論WNW向的小風區風浪和W向的外海來浪對港域擬建碼頭、攔沙防波堤工程結構和港域泊穩作業的影響。綜上，波浪數值計算選取SW、W和WNW三種波向。（一）外海涌浪借用鄰近xx島測波資料，并考慮波浪自外海向近岸傳播過程中，水面上風速的影響因素，xx漁港工程點前沿-10m等深線處的波浪要素如表1所示。表1.xx漁港港外－10m等深線處SW向波浪的波浪要素波浪重現期波要素波高H1/3（m）周期（s）50年一遇4.3m8.1s2年一遇2.5m6.1s而xx漁港港外－10m等深線處SW向的涌浪在向港區水域轉播的過程中，仍受到表面風應力的作用而繼續成長，借用xx島1970~1991年間的最大風速資料，計算SW向的設計風速，用P-Ⅲ曲線做頻率分析，50年一遇SW向的設計風速為26.4m/s，2年一遇SW向的設計風速為13.9m/s。據xxx島測波站19600~19882年間的測測波資料統統計，WSW~WW向波浪的的平均波高高（H1/100）為0.55m、周期期為3.1s，xx氣象站站給出的本本區WSW~WW向的最大大風速9mm/s。（二）WNWW向小風區區波浪據xxxx氣象站站的多年測測風資料統統計，WWNW向的最大大風速為112m/s。3.2計算內內容3.2.1攔攔沙防波堤堤方案比選選攔沙防波堤的三三種平面布布置方案如如圖2~圖4所示。其其中圖2是設計方方提出的建建議方案（后后文簡稱方方案1）；圖3是在方案1的基礎上上，北堤軸軸線外擺15o，而南堤堤軸線位置置不變（后后文簡稱方方案2）；圖4是在方案1的基礎上上，北堤軸軸線外擺15o，而南堤堤軸線內擺擺15o（后文簡簡稱方案3）。采用設計高水位位，計算給給出SW向、W向2年一遇的的外海涌浪浪（疊加2年一遇SW向、W向設計風風速的影響響）和WNW向小風區區的港域波波高分布，通通過比選，為為攔沙防波波堤的設計計提供推薦薦方案。不同工程階段的的港域設計計波高和港港內波況計計算通過3.2.11的方案比比選，確定定了兩條攔攔沙防波堤堤設計的推推薦方案。但但由于xxx漁港治理理工程分成成兩個階段段，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），而而不同的工工程階段港港域的設計計波高和港港內波況有有所不同，應應分別采用用極端高水水位、設計計高水位和和設計低水水位，計算算給出兩個個階段的SW向、W向、WNW向的設計計波高及港港域的泊穩穩狀況。圖1.xx漁漁港現狀平平面圖圖2.xx漁漁港規劃整整治工程方方案1平面圖圖3.xx漁漁港規劃整整治工程方方案2平面圖圖4.xx漁漁港規劃整整治工程方方案3平面圖四、港內波況計計算的數值值模式4.1計算軟軟件xx漁港的波浪浪數值模式式采用由丹丹麥DHI水力研究究所（DHIWateer&Enviironmment）研制的MAKEE21軟件系統統進行計算算。MAKE21軟軟件是目前前國際上公公認的、具具有良好精精度和強大大前后處理理功能的水水動力學專專用軟件系系統,國內亦有有多個單位位購置和應應用，xxx大學xx國家重重點實驗室室采用該軟軟件先后成成功地完成成了xx港跨海海大橋對xxx灣潮流流場的影響響數值模型型研究、xxx項目xx海域11kkm*6.5kkm范圍內內的波浪數數值模擬研研究、xxx海域22kkm*3.8kkm范圍內內的波浪數數值模擬研研究、xxx港改擴建建二期11#~16#泊位波浪浪及潮流場場數值計算算、xxxx漁港港港內波況計計算、xxxxx漁港港港內波況計計算、浙江江xx漁港港港內波況計計算及浙江江xx漁港港港內波況計計算等30余項港口口工程設計計波浪的計計算任務，都都取得了令令人滿意的的結果，并并積累了良良好的關于于MIKEE21軟件系統統的應用經經驗。鑒于xx漁港的的地理位置置及波浪狀狀況，按總總體規劃方方案，擬建建碼頭和攔攔沙防波堤堤，為此，工工程設計中中既要考慮外外海涌浪并并疊加風要要素又要考考慮小風區區的波浪，所所以，為滿滿足設計方方所提出的的技術要求求，達到本本次專項課課題驗研究究的計算目目的，本課課題研究過過程中，項項目組將采采用MIKEE21軟件系統統的兩種波波浪數值計計算軟件，分分別為MIKEE21--Nearrshorre模型軟件件（計算并并疊加風浪浪影響）MIKEE21--Bousssineesq模型型軟件（計計算涌浪）。4.2波浪計計算數值模模式4.2.1MIKEE21—Nearrshorre模型MIKE211—Nearrshorre是風浪浪模型，模模型基本方方程為能量量守恒方程程，差分格格式采用歐歐拉有限差差分求解，可可以模擬近近海地區涌涌浪并疊加加風浪生成成、衰減變變形要素的的傳播過程程。模型考考慮了水深深變化引起起的折射、淺淺水變形、風風和底摩阻阻等波浪變變形影響因因素，其結結果包括有有效波高、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波波浪數值模模型的基本本方程為：：式中：為水深；為重力加速度；；為波面高度；為水質點水平運運動速度；；為水質點水平運運動速度；；波浪數模研究的的技術路線線對于xx漁港建建攔沙防波波堤后的設設計波高和和港內波況況，將采用用大、小兩兩種計算范范圍并分別別采用MIKEE21--Nearrshorre模型和MIKEE21--Bousssineesq模型進行行波浪數值值計算，大大范圍分別別為SW向、W向和WNW向的波浪浪計算起始始邊界到攔攔沙防波堤堤堤頭附近近，小范圍圍為從攔沙沙防波堤堤堤頭至港內內的計算水水域。在大大范圍上采采用MIKEE21--Nearrshorre模型給出出各個方向向的波浪在在攔沙防波波堤堤頭附附近波要素素的計算值值，并以此此為小范圍圍波浪計算算的起始條條件，采用用MIKEE21--Bousssineesq模型完成成建攔沙防防波堤后的的設計波高高和港內波波況。4.2.4波波浪計算的的邊界條件件xx漁漁港攔沙防防波堤的波波浪反射系系數取值為為R=0..5，港內水水域的碼頭頭岸壁為直直立結構，波波浪反射系系數取值為為R=1..0。4.2.55波浪數數模的計算算范圍和計計算網格深水波要要素計算范范圍及水深深如圖5所示，一一期工程港港內波況計計算范圍及及計算點位位置如圖6所示，其其中F1~FF4為南防波波堤設計波波要素的計計算點，M1~MM4為碼頭設設計波要素素的計算點點；圖7中的F5~~F7為二期工工程北防波波堤設計波波要素的計算點位位置。不同方向向、不同水水位的入射波浪浪，計算采用的網格尺度度和時間步步長如表2所示。表2.波浪數值值計算的網網格尺度和和時間步長長范圍波向計算水位計算模塊空間步長時間步長備注大范圍SW,W,WWNW極高、設高、設設低Nearshoore20m×20mm穩態模型小范圍SW,W,NNW極高、設高Boussinnesq4m×4m0.4s設低Boussinnesq1m×1m0.2s圖5.深水波波要素計算算范圍及水水深圖▼F1▼F2▼F1▼F2▼F3▼F4▼M3▼M2▼M1▼M4圖6.一期工程程港內波況況計算范圍圍及計算點點位置圖▼F5▼F6▼F7▼F5▼F6▼F7圖7.二期工工程港內波波況計算范范圍及計算算點位置圖圖五、波浪數值計計算結果5.1攔沙沙防波堤設設計方案比比選的波浪浪數值計算算針對如圖2~圖圖4所示的攔攔沙防波堤堤三種設計計方案，采采用SW向、W向2年一遇和WNW向小風區區的入射波波浪，設計計高水位時時xx漁港計算水水域