[发明专利]淤泥质海岸近海风电塔基局部冲刷预报方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种淤泥质海岸近海风电塔基局部冲刷预报方法。

背景技术

对于近海风电场，由于波浪和潮流的共同作用，在风电塔基周围将产生局部 冲刷，可能影响到风电塔基的稳定性。研究分析波流共同作用下风电塔基的局部 冲刷问题，对于近海风电场风机塔基的基础设计，具有重要的理论和实践意义。

目前，我国海上风电刚起步，国内还没有计算海上桩基冲刷这方面的公式， 而风电塔基冲刷深度对风电塔基的设计起到至关重要的作用，而冲刷深度需要从 技术、经济、安全等方面综合考虑，冲刷深度设计小了，影响风机塔基的稳定， 冲刷深度大了，工程量加大，投资增多。因此，合理确定风机塔基的冲刷深度不 仅具有理论意义，而且也具有重要的经济意义。

目前对于桩基局部冲刷的研究主要通过现场观测和模型试验来进行，且以后 者为主。

波流共同作用下建筑物周围基底产生局部冲刷其实是水动力条件和地质特 性类型相互作用的结果。建筑物对于波流的反作用使建筑物附近的局部地区水流 得到加强或是产生漩涡，这种局部强化或出现漩涡的水流改变了圆柱周围的底切 应力场和流场，使原本静止的泥沙起动并输移(波浪掀沙，潮流输沙)，即产生 了局部冲刷，形成了冲刷坑。在波浪和水流的作用下，一般应根据圆柱直径D 与波长L比值的大小来分别加以讨论。当D/L＜0.1-0.15时为小直径情况，圆柱 对波浪场几乎没有影响，造成局部冲刷的原因是波浪水流经过圆柱时出现的漩 涡。当D/L＞0.1-0.15时，为大直径情况，这时波浪会发生折射和绕射，造成局 部冲刷的原因是各种合成波的水质点运动引起的底切力。海上风力发电机组的基 础当属于小直径一类，造成局部冲刷的原因是圆柱周围出现的漩涡。由于冲刷坑 的深度对建筑物的稳定性影响最大，因而是局部冲刷问题的关键

从前面的阐述中可以看出，小直径圆柱的局部冲刷研究已经取得的了许多成 果，但是由于桩柱局部冲刷涉及水、沙、桩径等多种因素，问题极其复杂，现在 的研究成果还是存在一定的问题：

首先，河流上的桩柱局部冲刷研究成果较多，而由于海洋里潮流、波浪等的 作用要比河道中水流作用复杂的多，因此海洋里的桩柱局部冲刷研究成果较少；

其次，大多数的模型研究只考虑粗砂的情况，由于对淤泥质粉砂海岸桩柱局 部冲刷研究较少，没有一个完全适合此类海岸的桩柱局部冲刷计算模式。

第三，许多研究只考虑了潮流对桩柱局部冲刷深度的影响，公式中往往没有 将波浪作用加以体现，忽略了波浪的作用，而又没有对公式进行这一方面的修正， 因此使得公式的计算结果与实际情况有较大的差距。

发明内容

本发明的目的是预报淤泥质海岸近海风电场风电塔基的最大局部冲刷深度， 以期寻求在此类海岸具有较强适应性的计算模式。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明淤泥质海岸近海风电塔基局部冲刷预报方法，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：