海上测风塔基础设计中的规则与不规则波浪要素

图3-5　规则波的波浪要素[3]

规则波是一种对波浪传播形式的理想化处理，认为波浪具有二维波动的特点，通常假定波浪以一定的周期、波长和波高在水中传播，如图3-5所示。图3-5中波浪剖面高出静水面的部分称为波峰，波峰的最高点称为波峰顶。同样的，波浪剖面低于静水面的部分称为波谷，波谷的最低点称为波谷底。垂直波浪传播方向上波峰顶的连线为波峰线。与波峰线正交的线为波浪的传播方向，波向和风向一样，指波浪的来向，可分为16个方位。相邻波峰顶和波谷底之间的垂直距离为波高，通常以H表示，单位为m。相邻波峰顶（或波谷底）之间水平距离为波长，通常以L表示，单位为m。而波浪周期指的是波浪起伏一次所需的时间，或相邻两波峰顶通过空间固定点所经历的时间间隔，通常以T表示，单位为s。顾名思义，波速指的是波浪的移动或传播速度，通常以C来表示，单位为m/s，大小等于波长与周期之比，即C=L/T。波高与波长之比则为波陡，用δ表示，即δ=H/L，海洋上常见的波陡范围为1/30～1/10。波陡的倒数则为波坦[3]。

海洋中波浪的波动实际为不规则波，波面各点的波动形状和大小随不同时间和地点在时刻发生变化，作为随机变量需根据统计特征量来描述。如图3-6所示，横轴表示时间，同时代表静水面，纵轴表示波面相对于静水面的垂直位移。波面自下而上跨过横轴的交点称为上跨零点（如点0、点9）。自上而下跨过横轴的交点称为下跨零点（如点3、点6）。相邻的两个上跨零点（或下跨零点）间的时间间隔称为周期。对于不规则波，各个周期是不等的，通常取其平均值作为平均周期T-。在一个周期内波面的最高点为波峰顶（如点4），波面的最低点为波谷底（如点2），波峰顶与波谷底之间的垂直距离为波高，显然图中各个波高也不相等，取其平均值作为平均波高H-。统计表明，无论是采用上跨零点还是下跨零点定义波高与周期，其平均值是基本相同的[7]。(www.xing528.com)

图3-6　不规则波的波浪要素[7]

在进行波浪要素统计时，多采用上跨零点方法。但在破波带，此处的波剖面明显地向前倾斜，此时波浪具有明显的不对称性，最大波浪力常发生在波前拍击结构物时，故国际水力学研究协会建议采用下跨零点法。