5.3　海洋水文分析計算

5.3.1　應根據實測潮位資料分析與統計工程海域潮汐類型、特征潮位、潮差、漲落潮歷時等特征值；應校核工程設計使用的高程基準面與平均海平面、潮位基面、海圖基面等各種基準面間的關系，并提供基面間的換算關系。

5.3.2　設計高、低水位的分析與計算應符合下列規定：

1　當有不少于完整1年歷時潮位或完整1年逐日高、低潮位資料時，應按照歷時累積頻率曲線或高、低潮累積頻率曲線，計算確定設計高、低水位。對于潮汐作用明顯的海域，設計高水位應采用高潮累積頻率10%的潮位或歷時累積頻率1%的潮位，設計低水位應采用低潮累積頻率90%的潮位或歷時累積頻率98%的潮位。對于潮汐作用不明顯的河口海域，設計高水位和設計低水位應分別采用多年的歷時累積頻率1%和98%的潮位。

2　當工程場區或附近海域有不少于連續1個月的短期歷時潮位資料時，可采用“短期同步差比法”，將其與附近長期潮位站進行同步相關分析，分析計算設計高、低水位；或與附近長期潮位站采用“相關分析法”插補延長，綜合分析確定設計高水位和設計低水位。

5.3.3　潮間帶風電場乘潮潮位累積頻率應按以下步驟統計計算：

1　首先確定乘潮所需持續的時間；

2　在潮位過程線上，量取各次潮歷時等于乘潮所需持續時間的潮位值，以潮位值作為潮位樣本繪制累積頻率曲線，在乘潮累積頻率曲線上選取所需的累積頻率潮位值。

5.3.4　不同重現期設計高、低水位的分析與計算應符合下列規定：

1　當工程場區有連續20年及以上的潮位系列，并有歷史最高、最低潮位的調查資料時，不同重現期設計高、低水位的計算應按年極值法選樣，應以極值Ⅰ型分布或皮爾遜Ⅲ型分布進行統計。水位主要由潮汐控制的，應以極值Ⅰ型分布統計成果為主；水位主要由徑流控制的，應以皮爾遜Ⅲ型分布統計成果為主。

2　當工程場區或附近海域有不少于連續1年的高潮位和低潮位資料系列，資料系列應與附近有不少于連續20年資料的長期潮位站采用“相關分析法”插補延長，分析計算不同重現期設計高、低水位。以潮汐為主的海區也可采用“極值同步差比法”，由長系列站的設計值直接推算至工程點。

3　當不具備“相關分析法”和“極值同步差比法”計算條件，且受風暴潮影響嚴重地區時，應對設計潮位進行專題研究，并應建立潮位專用站，根據觀測資料修正設計潮位值。

4　設計潮位計算成果應通過潮波傳播特性、風暴潮增減水幅度與歷史最高潮位比較等進行地區合理性分析。

5.3.5　波浪特性分析計算應符合下列規定：

1　應根據現場實測資料分析波浪特性，分析內容主要包括波型特征、波向、波高和周期的分方向統計特征以及年月分布特征等，并繪制波高、周期關系圖和波浪玫瑰圖；

2　應從自然地理與水文氣象環境等方面，對測波站相對于工程點的代表性進行分析，并分方向檢驗測波站資料的適用程度；對引用的波浪要素系列的一致性與可靠性應進行考查與審定。

5.3.6　波浪設計波高計算應符合下列規定：

1　當工程或附近海域有連續20年及以上實測資料，可采用分方向的某一累積頻率波高的年最大值系列，用皮爾遜Ⅲ型分布曲線或其他合適的線型，并結合歷史特大波高調查資料做頻率分析，確定不同重現期的設計波高；當確定某一波向的設計波浪時，年最大波高及其對應周期的數據，宜在該方向左右各22.5°的范圍內選取，當需每隔45°方位角均進行統計時，應對每一波向均只歸并相鄰一個22.5°的數據；

2　當工程或附近海域測波資料系列年限較短，波高計算宜結合水域波浪特性采用短期測波資料經驗頻率分析方法。短期測波資料經驗頻率分析方法應符合本標準附錄A的規定；

3　設計波高計算成果，應結合歷史最大波高調查資料進行分析比較，并結合短期波浪觀測成果，合理確定設計波高。

5.3.7　設計波浪周期的計算應符合下列規定：

1　當工程或附近海域波浪主要為風浪時，可由當地風浪的波高與周期的相關關系外推與設計波高相對應的周期，或按表5.3.7確定相應的周期。

2　當工程或附近海域波浪主要為涌浪或混合浪時，將與年波高最大值相對應的周期系列用皮爾遜Ⅲ型分布曲線或其他合適的線型作頻率分析，確定與設計波高同一重現期的周期值。

3　計算所得周期均結合調查資料和類似海域經驗，通過比較分析，確定合理的數值。

5.3.8　設計波長可根據設計波浪平均周期、設計潮位相應水深按式（5.3.8-1）計算。當水深不小于一半的波長時，深水波波長按式（5.3.8-2）計算。有效波周期、譜峰周期可按式（5.3.8-3）和式（5.3.8-4）計算：

式中：L——波長（m）；

L0——深水波波長（m）；

g——重力加速度（m/s2）；

——平均周期（s）；

d——水深（m）；

Ts——有效波周期（s）；

TP——譜峰周期（s）。

5.3.9　當一定重現期下的某一累積頻率的波高與設計要求的累積頻率標準不同時，可按式（5.3.9-1）和式（5.3.9-2）計算，換算為設計要求的累積頻率的設計波高：

式中：HF——累積頻率為F的波高（m）；

——平均波高（m）；

H*——相對水深；

d——水深（m）；

F——累積頻率。

5.3.10　當工程及其附近海域無較長期實測波浪資料或工程位于水文氣象或自然地理條件復雜的水域內時，宜根據歷史風場資料，通過波浪數學模型對波浪進行數值計算，分析論證工程點的設計波浪要素。

5.3.11　將深水波浪要素推算至工程場區處時，應根據深水波浪計算點與工程海域之間的水深、地形差別和底坡摩擦、障礙物影響等情況，要考慮波浪淺水變形、波浪折射、波浪繞射、波浪破碎等因素的影響而進行分析和計算。當工程海域處推算的波高大于淺水極限波高時，設計波高應采用極限波高，極限波高計算方法應符合附錄B的規定。

5.3.12　海流分析計算應符合下列規定：

1　近岸海流分析應以潮流和風海流為主，必要時還應考慮由于波浪破碎產生的沿岸流和離岸流等。河口區的海流分析應以潮流和徑流為主，受徑流影響較大的河口區的海流應根據洪水期的觀測資料分析計算。

2　海流特征值應根據現場實測資料經分析后確定。實測資料不足時，近岸海區內風海流估算方法宜符合附錄C的規定。地形變化較大的風電場海域潮流特征值，宜根據工程需要可用數值模擬或物理模型試驗等方法分析。

3　潮流性質可分為規則的半日潮流和不規則的半日潮流、不規則的全日潮流和規則的全日潮流，潮流性質可按表5.3.12的規定確定。

4　大潮期間的潮流平均最大流速可按下述方法確定：

1）潮差、潮流相關性較好的半日潮流海區，海流觀測資料可采用潮汐—潮流比較法進行分析；根據分析結果，確定觀測日期的潮流平均最大流速矢量，大潮期間的潮流平均最大流速可根據大潮平均潮差與觀測日期的潮差的比值，并與觀測日期的平均最大流速的乘積進行計算，即按下式計算：

式中：——大潮日期的潮流平均最大流速矢量（流速：cm/s，流向：°）；

RMs——大潮日期的平均潮差（m）；

Rd——觀測日期的潮差（m）；

——觀測日期的潮流平均最大流速矢量（流速：cm/s，流向：°）。

2）當有大、中、小潮流連續三次海流觀測資料時，可進行準調和分析，確定潮流橢圓要素。大潮期間的潮流平均最大流速矢量可按下列公式計算：

半日潮流海區：

全日潮流海區：

式中：——為大潮日期的潮流平均最大流速矢量（流速：cm/s；流向：°）；

——表示潮流的橢圓長半軸矢量（cm/s）。

3）大潮期間的潮流平均最大流速矢量可近似采用大潮觀測日期的實測最大值。

5　在潮流和風海流為主的近岸海區，海流的可能最大流速應為潮流可能最大流速與風海流流速的矢量和。潮流的可能最大流速可按下列公式計算：

規則半日潮流海區：

規則全日潮流海區：

式中：——潮流的可能最大流速（流速：cm/s；流向：°）；

——表示潮流的橢圓長半軸矢量（cm/s）。

不規則半日潮流海區和不規則全日潮流海區取上面兩個計算值中的大值。

6　對于受徑流影響較大的河口區域，可能最大流速宜采用數學模型計算。

5.3.13　海冰分析計算應符合下列規定：

1　應根據可能對海冰產生影響的水文、氣象條件推算海冰設計參數。海冰分析可分為一般條件和極端條件；

2　海冰一般條件參數應主要包括冰日、冰期、冰厚、溫度、鹽度、密度、流冰漂流方向和速度、冰覆蓋率以及氣溫和風速等；一般條件參數應進行長期觀測，統計分析后確定；

3　極端條件下不同重現期的冰厚和冰的力學強度可根據20年及以上的連續年極值資料，利用皮爾遜Ⅲ型分布曲線或其他合適的線型作頻率分析推算；

4　對于缺少資料的海域，海冰條件參數可通過經驗關系并結合調查推算。

5.3.14　泥沙與海床演變分析計算應符合下列規定：

1　海床演變分析應包括海床穩定性分析和沖淤趨勢預測；

2　海床演變分析應在現場查勘的基礎上，利用歷史水下地形圖、遙感影像及有關海流、波浪、泥沙測驗資料，根據海床演變的基本規律和人類活動的影響，分析預測海岸、海床穩定性；

3　應根據實測潮流及余流方向、懸沙含量、水沙輸運通量、海底沉積物的分布、海岸侵蝕和堆積的形態特征以及沿岸組成物質的粒徑變化和重礦物分布情況等資料，分析判斷泥沙來源和運移方向；

4　應通過歷次水下地形對比分析，確定場區海床歷年沖淤的幅度和速率變化趨勢，分析計算可能存在的最大自然沖刷深度；對歷史水下地形圖等有關測繪資料應考證測量年代、測量精度、坐標和高程系統等，對各種地形圖分析時應采用統一比例尺和基面；

5　當海床沖刷較嚴重或人類活動影響較明顯時，應進行全潮水文測驗和水下地形測量，并應通過模型試驗等途徑，分析場區的沖刷趨勢和幅度；

6　局部沖刷分析計算，應結合樁基礎不同的結構形式和水沙環境條件，選取合適的經驗公式估算局部沖刷深度和范圍。當場區附近水動力、泥沙條件相似區域具有局部沖刷實地調查資料時，應進行樁基礎局部沖刷成果的對比分析。對水動力條件復雜、地形變化較大、海床演變劇烈的海域，宜開展局部沖刷物理模型試驗，分析風電機組基礎局部沖刷。