淤泥质海岸近海风电塔基局部冲刷预报方法

摘要

本发明公布了一种淤泥质海岸近海风电塔基局部冲刷预报方法，分别建立工程海域的二维潮流数学模型及二维波浪数学模型，并以二维潮流数学模型及二维波浪数学模型来分析工程海域的水动力条件，为确定风电塔基局部冲刷的最大深度提供海洋动力参数；选取了适用于底沙为细沙颗粒的Jones和Sheppard公式及韩海骞公式作为估算淤泥质海岸近海风电场风电塔基局部冲刷深度的基本公式；采用修正后的公式预报淤泥质海岸近海风电场风电塔基局部冲刷的最大深度。本发明能较好的反映原体潮流及波浪的运动规律，可以为风电塔基的局部冲刷深度计算提供可靠的海洋动力参数，其计算结果合理可信。

主权项

一种淤泥质海岸近海风电塔基局部冲刷预报方法，其特征在于包括如下步骤：(1)建立数学模型分别建立工程海域的二维潮流数学模型及二维波浪数学模型，并以二维潮流数学模型及二维波浪数学模型来分析工程海域的水动力条件，为确定风电塔基局部冲刷的最大深度提供海洋动力参数；(2)确定基本公式Jones和Sheppard公式： D s d p = c 1 ( V m ( 1 ) - V d ( 1 ) V cr ( 1 ) ) + c 2 - - - ( 1 ) c 1 = ( c 3 - c 2 ) ( V m ( 1 ) V cr ( 1 ) - 1 ) - 1 - - - ( 2 ) c 2 = 2.4 tanh [ 2.18 ( d d p ) 2 / 3 ] - - - ( 3 ) c 3 = tanh [ 2.18 ( D d p ) 2 / 3 ] [ - 0.279 + 0.049 exp ( lg d p d 50 ) + 0.78 ( lg d p d 50 ) - 1 ] - 1 - - - ( 4 ) 韩海骞公式：Ds＝8.48k1k2B0.326Vd(1)0.628D0.193d500.167                (5)波浪水质点的平均流速公式： V i ( 2 ) = 0.2 H D C - - - ( 6 ) C = gT 2 π thkD - - - ( 7 ) k = 2 π L - - - ( 8 ) 波流混合流速公式：Vi(3)＝Vi(1)+Vi(2)                                        (9)考虑波浪作用后的Jones和Sheppard公式： D s d p = c 1 [ V m ( 3 ) - V d ( 3 ) V cr 3 ] + c 2 - - - ( 10 ) c 1 = ( c 3 - c 2 ) ( V m ( 3 ) V cr ( 3 ) - 1 ) - 1 - - - ( 11 ) c 2 = 2.4 tanh [ 2.18 ( D d p ) 2 / 3 ] - - - ( 3 ) c 3 = tanh [ 2.18 ( D d p ) 2 / 3 ] [ - 0.279 + 0.049 exp ( lg d p d 50 ) + 0.78 ( lg d p d 50 ) - 1 ] - 1 - - - ( 4 ) 考虑波浪作用后的韩海骞公式：Ds＝8.48k1k2B0.326Vd(3)0.628D0.193d500.167        (12)以上各符号所代表的含义为：Ds为桩基极限冲刷深度；dp为桩径；D为最大水深；Vi(1)为纯潮流下的流速；Vi(2)为波浪水质点的平均流速；Vi(3)为波流混合流速；Vd(j)为底部最大平均流速；Vcr(j)为泥沙临界起动流速；Vm(j)为垂线平均流速；d50为泥沙颗粒中值粒径；k1为基础桩平面布置系数，条形取1.0，梅花形取0.862；k2为基础桩垂直布置系数，直桩取1.0，斜桩取1.176；B为最大水深条件下平均阻水宽度；H为波高；C为波速；k为波数；L为波长；T为波周期；th是双曲正切函数；(3)公式修正根据《海港水文规范》(JTJ213‑98)中波浪水质点的平均流速公式，来求得波浪作用下水质点的平均流速，然后将其与纯潮流下的流速进行叠加，得到波流混合流速，并用此波流混合流速来代替步骤(2)中纯潮流下的流速Vi(1)，得到合适的计算模式即考虑波浪作用后的Jones和Sheppard公式、考虑波浪作用后的韩海骞公式；(4)分析计算选取步骤(3)所述的合适的计算模式，预报淤泥质海岸近海风电场风电塔基局部冲刷的最大深度。