CN111560912B - 一种封闭式人工沙滩前的潜堤高程确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沙滩潜堤高程的确定方法，包括：第一步、将针对的封闭式人工沙滩作为目标沙滩，采用其历史水文测验资料；第二步、根据高潮位最低值数据得出潜堤高程上限的候选值；第三步、根据含沙量数据得出潜堤高程下限；并从大于潜堤高程下限的候选值中选出潜堤高程上限；第四步、根据常浪向波高数据，得出潜堤高程的优选值；第五步、最终确定的潜堤高程参数由潜堤高程下限、潜堤高程上限、以及潜堤高程的优选值共同构成。本发明仅需要从历史水文测验资料中获取相应数据，即能最终得出合理的目标沙滩潜堤高程参数，简便易行，利于指导潜堤建设。

Description

一种封闭式人工沙滩前的潜堤高程确定方法

技术领域

本发明涉及一种封闭式人工沙滩前的潜堤高程确定方法，属于封闭沙滩潜堤特征分析技术领域。

背景技术

据发明人所知，目前研究者针对沙滩前潜堤影响水动力泥沙的研究已有一些研究成果，如，马骎等进行了潜堤附近水流泥沙运动数值模拟研究；彭启秀等进行了水槽试验，研究了不同高度潜堤减淤效果；梁伟等进行了潜堤消浪效果的优化研究；蒋昌波等研究了潜堤对沙滩剖面变化实验研究；张甲波等研究了离岸潜堤在海滩养护中的作用；孟超等进行了拦沙堤与潜堤布置形式对沙滩的影响研究。

目前研究主要集中在潜堤高程对波浪及沙滩剖面的影响，并未就潜堤高程对封闭式人工沙滩水动力、泥沙的影响作系统研究，因此不能作为封闭式人工沙滩前的潜堤高程设计的技术依据。

经检索发现，申请号CN201080011819.8、申请公布号CN102348852A的中国发明专利申请，公开了一种用于防止海岸侵蚀和形成渔场的多谷多孔型潜堤以及潜堤用环保块体的制造方法。为了使用通过混合有效微生物(EM：Effective Micro-organisms))和黄土而形成的环保块体来在沿岸海域的海底面上形成谷的同时形成峰，用多个块体形成潜堤，由此净化水质以及预防赤潮发生，从而加快海洋树丛的形成，同时分别在底层和中间层以及上层吸收、分散涌浪型波浪的波浪能并衍射涌浪型波浪，由此消减波浪能，从而不仅可以显著地降低波高的高度，而且可以恢复因淤滩现象而被侵蚀的区域。然而，该技术方案仅专注于改进潜堤具体结构，并未涉及与潜堤高程相关的任何内容，无法对潜堤高程设计提供技术依据。

发明内容

本发明的主要目的是：克服现有技术存在的问题，提供一种封闭式人工沙滩前的潜堤高程确定方法，能够根据沙滩实际情况合理确定潜堤高程。

本发明解决其技术问题的技术方案如下：

一种封闭式人工沙滩前的潜堤高程确定方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步、将针对的封闭式人工沙滩作为目标沙滩；采用目标沙滩附近海域或目标沙滩所处海域的历史水文测验资料，该历史水文测验资料中含有至少连续12个月的历史潮位数据；

第二步、根据历史水文测验资料中按天记录的高潮位数据，先按1月份至12月份统计各月份的高潮位历史最低值，再将这些高潮位历史最低值分别作为潜堤高程上限的第一候选值；根据历史水文测验资料中按天记录的高潮位数据，按实际月份统计各月份的高潮位最低值，以这些高潮位最低值计算高潮位最低值的平均值，并将该高潮位最低值的平均值作为潜堤高程上限的第二候选值；

第三步、根据历史水文测验资料中记录的目标沙滩前沿处水体含沙量数据，先按其中的水体含沙量垂线分布数据计算垂线平均含沙量，再按其中的表层含沙量变化与潮位关系数据、nH层含沙量变化与潮位关系数据进行统计分析，其中0<n<1，并得出水体含沙量高于垂线平均含沙量的潮位范围，之后根据该潮位范围计算潮位平均值，并将该潮位平均值作为潜堤高程下限；

从各第一候选值、第二候选值中大于潜堤高程下限的数值中，选择一个数值作为潜堤高程上限；

第四步、根据历史水文测验资料中记录的常浪向波高数据，计算在平均高潮位条件下，潜堤处于不同高程时目标沙滩内的常浪向波高变化关系，然后以波高不小于0.57m为筛选标准，将在平均高潮位条件下能满足该筛选标准的潜堤高程极大值作为潜堤高程的优选值；

第五步、最终确定的潜堤高程参数由潜堤高程下限、潜堤高程上限、以及潜堤高程的优选值共同构成。

由于封闭式人工沙滩的水平区与外海通过潜堤分割，且潜堤为密封结构，因此封闭式人工沙滩仅通过潜堤与外海进行连通。在上述方法中，确定潜堤高程上限的步骤可以使沙滩内水体有尽可能多的时间与外海连通，尽量缩短沙滩内水体与外海水体的分割时间，使沙滩能在更多时间中实现有流有浪；确定潜堤高程下限的步骤可以使潜堤尽可能挡住高含沙水体进入沙滩区域，避免在沙滩内有细颗粒泥沙淤积；确定潜堤高程的优选值可以使潜堤内沙滩区域保有一定的波浪强度，且不会太大，从而避免沙滩“泥化”或被泥沙侵蚀。采用该方法最终确定潜堤高程参数后，在潜堤建设时，既要注意所建设潜堤的高程应处于潜堤高程下限和潜堤高程上限形成的范围内，又要注意所建设潜堤的高程应尽可能靠近潜堤高程优选值。

本发明进一步完善的技术方案如下：

优选地，第二步中，所述历史水文测验资料还包括实测潮位资料时间累积曲线图，根据由该曲线图得出的曲线拟合方程，计算在不同潮位值下实际潮位高于该潮位值的累积时间，将累积时间处于预设范围内的潮位值分别作为潜堤高程上限的第三候选值；

第三步中，在得出潜堤高程下限后，从各第一候选值、第二候选值、第三候选值中大于潜堤高程下限的数值中，选择一个数值作为潜堤高程上限。

采用该优选方案后，可进一步以沙滩内水体与外海水体的连通时间为依据，从而能更好地以有流有浪为原则确定潜堤高程上限。

优选地，第三步中，所述目标沙滩前沿处水体含沙量分布数据包括在不同潮位条件下的水体含沙量垂线分布数据、表层含沙量变化与潮位关系数据、nH层含沙量变化与潮位关系数据；先选取与平均高潮位的数值接近的一个潮位，再按该潮位下的水体含沙量垂线分布数据、表层含沙量变化与潮位关系数据、nH层含沙量变化与潮位关系数据进行相应的计算，并最终得出潜堤高程下限。

采用该优选方案后，可进一步以接近平均高潮位的实际潮位条件下相关数据为依据，从而能更好地以避免在沙滩内有细颗粒泥沙淤积为原则确定潜堤高程下限。

更优选地，第三步中，计算潮位平均值时，采用潮位范围的两端点值进行计算；n＝0.2、0.4、0.6或0.8。

采用该优选方案后，可进一步简化计算过程。

优选地，第四步中，根据历史水文测验资料中按天记录的高潮位数据，所述平均高潮位为所有高潮位的平均值；

在平均高潮位条件下潜堤处于不同高程时目标沙滩内的常浪向波高的计算过程为：

首先，根据历史水文测验资料中记录的常浪向波高数据，计算未设潜堤时目标沙滩内的常浪向波高，并以此作为入射波高，用于后续计算；

其次，采用杨正己公式计算潜堤处于不同高程时的透射系数，所述杨正己公式为：

当R/H≤0时，透射系数为：

当R/H＞0时，透射系数为：

式中：

范围内；

B为潜堤顶宽；H为入射波高；h为水深；L为波长；R为静水到堤顶的高度，堤顶在水面以上取正，水面以下取负值；

最后，将入射波高按潜堤处于不同高程时的透射系数分别进行折算，即得在平均高潮位条件下潜堤处于不同高程时目标沙滩内的常浪向波高。

采用该优选方案后，可更加方便地得出目标沙滩内的常浪向波高变化关系。

优选地，第四步中，以潜堤高程的优选值±0.02m作为潜堤高程优选值范围。

采用该优选方案后，可在潜堤建设时作为靠近潜堤高程优选值的指导标准。

优选地，所述方法还包括：

流速影响验证步、所述历史水文测验资料中还包括流速随潮位变化关系的数据，该数据包括随潮位变化的垂线平均流速、表层流速、nH层流速；根据该数据，计算并绘制在目标沙滩内、当潜堤处于不同高程时以垂线平均流速作沙滩流速过程图，再根据此图及其数据判断潜堤高程对于垂线平均流速的影响程度；若影响程度为显著，则将潜堤高程对于垂线平均流速的影响纳入潜堤建设时的额外参考依据，若影响程度为不显著，则忽略潜堤高程对于垂线平均流速的影响。

采用该优选方案，可在潜堤建设所需考虑的因素中纳入流速因素，从而使考虑因素更加全面，提高整个方法的可靠性。

更优选地，流速影响验证步中，采用潮流数模计算方法计算并绘制在目标沙滩内、当潜堤处于不同高程时以垂线平均流速作沙滩流速过程图。

采用该优选方案，可更方便地实现该计算过程。

优选地，所述方法还包括：

泥沙淤积影响验证步、所述历史水文测验资料中还包括潮位过程数据；假设随涨潮水体越过潜堤进入目标沙滩内的泥沙全部沉积；先根据潮位过程数据计算当潜堤处于不同高程时每年进入目标沙滩内的水量，再根据目标沙滩前沿处水体含沙量数据计算该水量中含有的泥沙量，即年淤积量，并据此计算年平均淤积厚度；判断潜堤高程对于目标沙滩内年平均淤积厚度的影响程度；若影响程度为显著，则将潜堤高程对于目标沙滩内年平均淤积厚度的影响纳入潜堤建设时的额外参考依据，若影响程度为不显著，则忽略潜堤高程对于目标沙滩内年平均淤积厚度的影响。

采用该优选方案，可在潜堤建设所需考虑的因素中纳入泥沙淤积因素，从而使考虑因素更加全面，提高整个方法的可靠性。

更优选地，泥沙淤积影响验证步中，淤积物干容重γ_O＝1750d₅₀ ^0.183，式中d₅₀为目标沙滩泥沙的平均中值粒径。

采用该优选方案，可使年淤积量的计算更加方便。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明仅需要从历史水文测验资料中获取相应数据，即能最终得出合理的目标沙滩潜堤高程参数，简便易行，利于指导潜堤建设。

附图说明

图1为本发明实施例中沙滩潜堤剖面图。

图2为本发明实施例中实测潮位某月过程图。

图3为本发明实施例中实测潮位资料时间累积曲线图。

图4为本发明实施例中流速随潮位变化关系图。

图5为本发明实施例中人工沙滩内垂线平均流速随不同潜堤高程变化的沙滩流速过程图。

图6为本发明实施例中2.78m潮位下沙滩前沿处水体含沙量垂线分布图。

图7为本发明实施例中与图6对应的表层含沙量变化与潮位关系图。

图8为本发明实施例中与图6对应的0.2H层含沙量变化与潮位关系图。

图9本发明实施例中平均高潮位条件下潜堤不同高程人工沙滩内常浪向波高变化关系图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

实施例

本实施例为探讨潜堤高程设置合理性，选择一区域作为目标沙滩所处地区，在特定海域水动力及泥沙条件作用下，对不同潜堤高程条件下沙滩上各因素的影响进行详细分析与研究，具体过程如下。

1.海域自然条件

目标沙滩所处地区属正规半日潮，附近海域潮流主要为往复流；强风向为NE方向，常风向为SE向；常浪向为E向，主要波能集中在E～NNE范围内。目标沙滩附近海域悬沙以淤泥质粉砂为主，中值粒径在0.0089～0.0096mm之间，平均d₅₀＝0.0093mm。

2.工程基本情况

如图1所示，拟建人工沙滩工程的口门正对ENE向，沙滩分为水平区(靠近护岸段)和斜坡区(临近后方陆域区)，斜坡区表层铺沙形成人工沙滩，近岸有15.00m左右宽滩肩，沙滩坡度1:15左右，宽约75.00m；沙滩水平区宽约33.50m，铺有1m厚沙层。

水平区与外海通过潜堤分割，潜堤为密封结构，因此，封闭式人工沙滩仅通过潜堤与外海进行连通。故潜堤顶高程的设计需要考虑以下几个方面：

1)沙滩区水体尽可能多的时间与外海连通；2)沙滩区流速不能太强，但也要保持一定流动性；3)沙滩上要有一定的波浪强度，但不能太大；4)潜堤尽可能挡住高含沙水体进入沙滩区域；5)沙滩水域细颗粒泥沙淤积尽可能小。

3.影响潜堤高程因素分析

3.1时间因素

该海域潮差较大，平均潮差3.99m，目标人工沙滩区潮位变化幅度大。图2为实测潮位某月过程图，其显示该月潮位最高为3.25m，月内高潮位最低为1.41m和1.45m，各出现一次，其他时间均大于1.50m。

表1给出了附近潮位观测站一年多时间各月高潮最低值。

表1 潮位站各月高潮位最低值潮高(85高程：m)

月	10	11	12	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	1
																	潮高	1.62	1.51	1.95	1.57	1.35	1.29	1.29	1.61	1.95	1.87	1.73	1.76	1.57	1.72	1.67	1.48

由表1可见，附近潮位观测站观测期间，按1月份至12月份统计各月份的高潮位历史最低值约在1.29～1.95m之间，按实际月份统计各月份的高潮位最低值、并以这些高潮位最低值计算高潮位最低值的平均值为1.62m。其中2、3、4月期间潮位较低，最低1.29m，其后为1月，出现最低值1.48m，其他时间均大于1.51m。因此对于目标人工沙滩来说，潜堤高程在1.51m以下时除了年初几个月个别天数外基本上每天沙滩水域均与外海直接连通，沙滩上可以有浪有流。如果要保持每年5～10月水体均有流有浪，则潜堤高程不宜高于1.57m。

图3为实测潮位资料时间累积曲线图，表2为根据潮位累积过程线推算出的高于某一潮位的时间。本海域关系为：y＝-0.0068x+3.0883，x为时间h，小时；y为不同时间对应的潜堤高程，m。

表2 根据潮位累积曲线推算出的高于该潮位的时间

从图3、表2可以看出，潮位越高，则高于该潮位的时间越短，即目标人工沙滩内水体与外海水体的连通时间越短。高于潮位2.0m的时间为每天5.2个小时；高于1.5m的时间为每天7.5个小时，合计每年114天，约全年1/3时间；高于潮位0.0m的时间为每天14.6个小时，时间较长。根据以上情况，可选择累积时间大于全年30％时间的潮位值作为高程可选范围，即大于或等于1.5m。

理论上，潜堤高程越高，沙滩与外海分割时间越长，潜堤高程越低，沙滩区水体与外海连为一体时间越多。从人工沙滩上有流、浪时间看，潜堤高程不宜太高。

综合以上情况，可将处于1.29～1.95m之间的按1月份至12月份统计的各月份高潮位历史最低值分别作为潜堤高程上限的第一候选值；将高潮位最低值的平均值1.62m作为潜堤高程上限的第二候选值；将大于或等于1.5m作为潜堤高程上限的第三候选值。由下文3.3小节的内容可知，潜堤高程下限为1.35m，因此，从各第一候选值、第二候选值、第三候选值中大于1.35m的数值中，选择一个数值作为潜堤高程上限即可。最后经综合考虑，采用第二候选值1.62m作为潜堤高程上限。

3.2流速因素

从图4中可以看出，历史水文测验资料中表层流速大于0.2H层，0.2H层大于垂线平均流速，流速在潮位1.27～2.0m之间处于海域垂线流速急剧减少段，表层流速从0.86m/s减少到0.48m/s，垂线平均流速从0.61m/s减少到0.40m/s左右。需要说明的是，本实施例中采用的0.2H层数据，也可根据实际情况采用0.4H层、0.6H层、0.8H层等符合nH层(0<n<1)限定的数据。

采用潮流数模计算方法计算并绘制在目标沙滩内、当潜堤处于不同高程时以垂线平均流速作沙滩流速过程图，即图5。从图5可知，在较高潮位时，潜堤高程越低，人工沙滩内垂线平均流速越大，但其垂线平均流速绝对值都很小，均在0.20m/s以内。

上述分析表明，虽然潮位1.27～2.0m处于海域垂线流速急剧减少段，但目标人工沙滩内潜堤高程1.2～1.8m变化对垂线平均流速变化影响有限，可以判断为影响程度不显著，因此忽略潜堤高程对于垂线平均流速的影响。

3.3含沙量因素

由于含沙量垂线分布呈现表层低、底部高的规律，因此潜堤高程的设置应尽量避免高含沙水流对人工沙滩内水体的影响。

根据历史水文测验资料中按天记录的高潮位数据，平均高潮位为所有高潮位的平均值，计算得平均高潮位为2.5m。选取与平均高潮位的数值接近的一个潮位2.78m(该潮位的垂线平均含沙量为0.0512kg/m³)，该潮位下的水体含沙量垂线分布如图6所示，表层含沙量变化与潮位关系如图7所示，0.2H层含沙量变化与潮位关系如图8所示。

从以上图可以看出，表层与0.2H层含沙量差别很小，基本接近，85高程以上位置含沙量小于0.04kg/m³，85高程1.50m位置时含沙量约为0.035kg/m³。表层含沙量过程变化显示在潮位高于1.50m时含沙量均小于0.04kg/m³，在潮位1.00～1.50m之间会出现高含沙量水体，其中1.45m时为0.079kg/m³，1.25m时为0.125kg/m³；0.2H层含沙量过程变化显示潮位高于1.50m时含沙量均小于0.05kg/m³，在85高程附近会陆续出现高含沙量水体。

潜堤设置高程应尽量避免高含沙水体作用到人工沙滩内沙滩面上，潜堤高程不宜过低，如果在高含沙水体之间进行取舍，由于高于垂线平均含沙量的高含沙量水体出现的潮位范围为1.25～1.45m，其平均值为1.35m，将该潮位平均值作为潜堤高程下限，即潜堤高程不宜低于1.35m。

3.4泥沙淤积因素

对于这种仅通过潜堤与外海连接的沙滩，其泥沙淤积情况的计算目前没有合适的计算公式。因此，先假设随涨潮水体通过潜堤进入目标沙滩的泥沙全部沉积下来，再根据潮位过程数据算出当潜堤处于不同高程时每年进入目标人工沙滩的水量，再根据目标沙滩前沿处水体含沙量数据计算该水量中含有的泥沙量，即年淤积量，并据此计算年平均淤积厚度。在计算过程中，淤积物干容重γ_O＝1750d₅₀ ^0.183，式中d₅₀为目标沙滩泥沙的平均中值粒径。

表3给出了3种潜堤堤顶高程对应不同含沙量、年进水量、沙滩面积的年淤积量和平均淤积厚度计算结果。

表3 人工沙滩泥沙淤积估算结果

从表3结果看，用正常含沙量0.035kg/m³条件计算目标人工沙滩潜堤堤顶高程1.5m时，目标人工沙滩年淤积量978m³/a，平均淤积厚度0.04m/a。潜堤堤顶高程升为1.8m或降为1.2m时淤积厚度减少到0.03m/a或增加为0.05m/a，淤积厚度有0.01m/a左右的变化，总体上平均淤积厚度差别不大。对于潜堤高程为1.20m时，考虑含沙量较高则平均淤积厚可达到0.12m/a。综上可由此判断潜堤高程对于目标沙滩内年平均淤积厚度的影响并不显著，可以忽略潜堤高程对于目标沙滩内年平均淤积厚度的影响。

3.5波浪因素

目前，潜堤对波浪条件的影响已经有一些研究，特别是堤后波浪条件计算已经有规范的公式得到应用。

根据历史水文测验资料中按天记录的高潮位数据，平均高潮位为所有高潮位的平均值，计算得平均高潮位为2.5m。

根据历史水文测验资料中记录的常浪向波高数据，计算未设潜堤时目标沙滩内的常浪向波高，并以此作为入射波高，用于后续计算。

采用杨正己公式计算潜堤处于不同高程时的透射系数，杨正己公式为：

当R/H≤0时，透射系数为：

当R/H＞0时，透射系数为：

式中：

范围内；

B为潜堤顶宽；H为入射波高；h为水深；L为波长；R为静水到堤顶的高度，堤顶在水面以上取正，水面以下取负值。

将入射波高按潜堤处于不同高程时的透射系数分别进行折算，即得潜堤内目标沙滩波高。

目标沙滩所处区域的常浪向为E向。表4为不同水位及潜堤高程条件时E向H_4％波高变化。

表4 不同水位及潜堤高程条件时E向波高H4％变化

此外，图9为平均高潮位条件下潜堤不同高程时人工沙滩内E向H_4％波高变化关系。从图表中可以看出：

1)水位低时，波浪越过潜堤时波能损耗较大，目标人工沙滩内波浪小，随着水位升高，波浪越过潜堤时波能损耗小，目标人工沙滩波高增大；

2)在同一水位条件下，目标人工沙滩内波高随着潜堤高程增加而减少，潜堤高程为1.50m时，平均高潮位条件下人工沙滩内波高约为0.57m。

人工沙滩内沙滩上应保持一定的波浪强度，避免人工沙滩内波浪减少太多，导致沙滩“泥化”，影响景观及使用；但也不能太大，造成沙滩泥沙侵蚀。根据目前的研究成果，平均高潮位时沙滩前波高至少要有0.57m以上浪为宜。因此，潜堤高程优选值在1.50m左右较合适，如1.50±0.02m。

4潜堤高程讨论及建议

表5为上述各影响因素综合分析结果。从影响潜堤高程的各因素分析表明，潜堤高程设置除了对水流大小影响较小外，其他3个因素影响均较大。

综合认为，建设潜堤时，目标沙滩前潜堤高程h在1.35～1.62m之间相对比较好，优选值为1.50m左右(如1.50±0.02m)，即所建设潜堤的高程应尽可能靠近1.50m。

表5 各影响因素分析潜堤顶高程

经上述方法确定潜堤高程参数后，即按此进行潜堤建设作为试验验证。经验证，按上述潜堤高程参数建设的潜堤可满足研究分析过程中所要实现的各因素相应目的，因此，本发明方法能最终得出合理的目标沙滩潜堤高程参数，简便易行，利于指导潜堤建设。

由此获得以下技术方案：

一种封闭式人工沙滩前的潜堤高程确定方法，包括以下步骤：

第一步、将针对的封闭式人工沙滩作为目标沙滩；采用目标沙滩附近海域或目标沙滩所处海域的历史水文测验资料，该历史水文测验资料中含有至少连续12个月的历史潮位数据；

第二步、根据历史水文测验资料中按天记录的高潮位数据，先按1月份至12月份统计各月份的高潮位历史最低值，再将这些高潮位历史最低值分别作为潜堤高程上限的第一候选值；根据历史水文测验资料中按天记录的高潮位数据，按实际月份统计各月份的高潮位最低值，以这些高潮位最低值计算高潮位最低值的平均值，并将该高潮位最低值的平均值作为潜堤高程上限的第二候选值；

第三步、根据历史水文测验资料中记录的目标沙滩前沿处水体含沙量数据，先按其中的水体含沙量垂线分布数据计算垂线平均含沙量，再按其中的表层含沙量变化与潮位关系数据、0.2H层含沙量变化与潮位关系数据进行统计分析，并得出水体含沙量高于垂线平均含沙量的潮位范围，之后根据该潮位范围计算潮位平均值，并将该潮位平均值作为潜堤高程下限；

从各第一候选值、第二候选值中大于潜堤高程下限的数值中，选择一个数值作为潜堤高程上限；

第四步、根据历史水文测验资料中记录的常浪向波高数据，计算在平均高潮位条件下，潜堤处于不同高程时目标沙滩内的常浪向波高变化关系，然后以波高不小于0.57m为筛选标准，将在平均高潮位条件下能满足该筛选标准的潜堤高程极大值作为潜堤高程的优选值；

第五步、最终确定的潜堤高程参数由潜堤高程下限、潜堤高程上限、以及潜堤高程的优选值共同构成。

具体地，第二步中，所述历史水文测验资料还包括实测潮位资料时间累积曲线图，根据由该曲线图得出的曲线拟合方程，计算在不同潮位值下实际潮位高于该潮位值的累积时间，将累积时间处于预设范围内的潮位值分别作为潜堤高程上限的第三候选值；

第三步中，在得出潜堤高程下限后，从各第一候选值、第二候选值、第三候选值中大于潜堤高程下限的数值中，选择一个数值作为潜堤高程上限。

具体地，第三步中，所述目标沙滩前沿处水体含沙量分布数据包括在不同潮位条件下的水体含沙量垂线分布数据、表层含沙量变化与潮位关系数据、0.2H层含沙量变化与潮位关系数据；先选取与平均高潮位的数值接近的一个潮位，再按该潮位下的水体含沙量垂线分布数据、表层含沙量变化与潮位关系数据、0.2H层含沙量变化与潮位关系数据进行相应的计算，并最终得出潜堤高程下限。

更具体地，第三步中，计算潮位平均值时，采用潮位范围的两端点值进行计算。

具体地，第四步中，根据历史水文测验资料中按天记录的高潮位数据，所述平均高潮位为所有高潮位的平均值；

在平均高潮位条件下潜堤处于不同高程时目标沙滩内的常浪向波高的计算过程为：

首先，根据历史水文测验资料中记录的常浪向波高数据，计算未设潜堤时目标沙滩内的常浪向波高，并以此作为入射波高，用于后续计算；

其次，采用杨正己公式计算潜堤处于不同高程时的透射系数，所述杨正己公式为：

当R/H≤0时，透射系数为：

当R/H＞0时，透射系数为：

式中：

范围内；

B为潜堤顶宽；H为入射波高；h为水深；L为波长；R为静水到堤顶的高度，堤顶在水面以上取正，水面以下取负值；

最后，将入射波高按潜堤处于不同高程时的透射系数分别进行折算，即得在平均高潮位条件下潜堤处于不同高程时目标沙滩内的常浪向波高。

具体地，第四步中，以潜堤高程的优选值±0.02m作为潜堤高程优选值范围。

具体地，所述方法还包括：

流速影响验证步、所述历史水文测验资料中还包括流速随潮位变化关系的数据，该数据包括随潮位变化的垂线平均流速、表层流速、0.2H层流速；根据该数据，计算并绘制在目标沙滩内、当潜堤处于不同高程时以垂线平均流速作沙滩流速过程图，再根据此图及其数据判断潜堤高程对于垂线平均流速的影响程度；若影响程度为显著，则将潜堤高程对于垂线平均流速的影响纳入潜堤建设时的额外参考依据，若影响程度为不显著，则忽略潜堤高程对于垂线平均流速的影响。

更具体地，流速影响验证步中，采用潮流数模计算方法计算并绘制在目标沙滩内、当潜堤处于不同高程时以垂线平均流速作沙滩流速过程图。

具体地，所述方法还包括：

泥沙淤积影响验证步、所述历史水文测验资料中还包括潮位过程数据；假设随涨潮水体越过潜堤进入目标沙滩内的泥沙全部沉积；先根据潮位过程数据计算当潜堤处于不同高程时每年进入目标沙滩内的水量，再根据目标沙滩前沿处水体含沙量数据计算该水量中含有的泥沙量，即年淤积量，并据此计算年平均淤积厚度；判断潜堤高程对于目标沙滩内年平均淤积厚度的影响程度；若影响程度为显著，则将潜堤高程对于目标沙滩内年平均淤积厚度的影响纳入潜堤建设时的额外参考依据，若影响程度为不显著，则忽略潜堤高程对于目标沙滩内年平均淤积厚度的影响。

更具体地，泥沙淤积影响验证步中，淤积物干容重γ_O＝1750d₅₀ ^0.183，式中d₅₀为目标沙滩泥沙的平均中值粒径。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种封闭式人工沙滩前的潜堤高程确定方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步、将针对的封闭式人工沙滩作为目标沙滩；采用目标沙滩附近海域或目标沙滩所处海域的历史水文测验资料，该历史水文测验资料中含有至少连续12个月的历史潮位数据；

第二步、根据历史水文测验资料中按天记录的高潮位数据，先按1月份至12月份统计各月份的高潮位历史最低值，再将这些高潮位历史最低值分别作为潜堤高程上限的第一候选值；根据历史水文测验资料中按天记录的高潮位数据，按实际月份统计各月份的高潮位最低值，以这些高潮位最低值计算高潮位最低值的平均值，并将该高潮位最低值的平均值作为潜堤高程上限的第二候选值；

第三步、根据历史水文测验资料中记录的目标沙滩前沿处水体含沙量数据，先按其中的水体含沙量垂线分布数据计算垂线平均含沙量，再按其中的表层含沙量变化与潮位关系数据、nH层含沙量变化与潮位关系数据进行统计分析，其中0<n<1，并得出水体含沙量高于垂线平均含沙量的潮位范围，之后根据该潮位范围计算潮位平均值，并将该潮位平均值作为潜堤高程下限；

从各第一候选值、第二候选值中大于潜堤高程下限的数值中，选择一个数值作为潜堤高程上限；

第四步、根据历史水文测验资料中记录的常浪向波高数据，计算在平均高潮位条件下，潜堤处于不同高程时目标沙滩内的常浪向波高变化关系，然后以波高不小于0.57m为筛选标准，将在平均高潮位条件下能满足该筛选标准的潜堤高程极大值作为潜堤高程的优选值；

第五步、最终确定的潜堤高程参数由潜堤高程下限、潜堤高程上限、以及潜堤高程的优选值共同构成。

2.根据权利要求1所述的潜堤高程确定方法，其特征是，第二步中，所述历史水文测验资料还包括实测潮位资料时间累积曲线图，根据由该曲线图得出的曲线拟合方程，计算在不同潮位值下实际潮位高于该潮位值的累积时间，将累积时间处于预设范围内的潮位值分别作为潜堤高程上限的第三候选值；

第三步中，在得出潜堤高程下限后，从各第一候选值、第二候选值、第三候选值中大于潜堤高程下限的数值中，选择一个数值作为潜堤高程上限。

3.根据权利要求1所述的潜堤高程确定方法，其特征是，第三步中，所述目标沙滩前沿处水体含沙量分布数据包括在不同潮位条件下的水体含沙量垂线分布数据、表层含沙量变化与潮位关系数据、nH层含沙量变化与潮位关系数据；先选取与平均高潮位的数值接近的一个潮位，再按该潮位下的水体含沙量垂线分布数据、表层含沙量变化与潮位关系数据、nH层含沙量变化与潮位关系数据进行相应的计算，并最终得出潜堤高程下限。

4.根据权利要求3所述的潜堤高程确定方法，其特征是，第三步中，计算潮位平均值时，采用潮位范围的两端点值进行计算；n＝0.2、0.4、0.6或0.8。

5.根据权利要求1所述的潜堤高程确定方法，其特征是，第四步中，根据历史水文测验资料中按天记录的高潮位数据，所述平均高潮位为所有高潮位的平均值；

在平均高潮位条件下潜堤处于不同高程时目标沙滩内的常浪向波高的计算过程为：

首先，根据历史水文测验资料中记录的常浪向波高数据，计算未设潜堤时目标沙滩内的常浪向波高，并以此作为入射波高，用于后续计算；

其次，采用杨正己公式计算潜堤处于不同高程时的透射系数，所述杨正己公式为：

当R/H≤0时，透射系数为：

当R/H>0时，透射系数为：

式中：

范围内；

B为潜堤顶宽；H为入射波高；h为水深；L为波长；R为静水到堤顶的高度，堤顶在水面以上取正，水面以下取负值；

最后，将入射波高按潜堤处于不同高程时的透射系数分别进行折算，即得在平均高潮位条件下潜堤处于不同高程时目标沙滩内的常浪向波高。

6.根据权利要求5所述的潜堤高程确定方法，其特征是，第四步中，以潜堤高程的优选值±0.02m作为潜堤高程优选值范围。

7.根据权利要求1所述的潜堤高程确定方法，其特征是，所述方法还包括：

流速影响验证步、所述历史水文测验资料中还包括流速随潮位变化关系的数据，该数据包括随潮位变化的垂线平均流速、表层流速、nH层流速；根据该数据，计算并绘制在目标沙滩内、当潜堤处于不同高程时以垂线平均流速作沙滩流速过程图，再根据此图及其数据判断潜堤高程对于垂线平均流速的影响程度；若影响程度为显著，则将潜堤高程对于垂线平均流速的影响纳入潜堤建设时的额外参考依据，若影响程度为不显著，则忽略潜堤高程对于垂线平均流速的影响。

8.根据权利要求7所述的潜堤高程确定方法，其特征是，流速影响验证步中，采用潮流数模计算方法计算并绘制在目标沙滩内、当潜堤处于不同高程时以垂线平均流速作沙滩流速过程图。

9.根据权利要求1所述的潜堤高程确定方法，其特征是，所述方法还包括：

泥沙淤积影响验证步、所述历史水文测验资料中还包括潮位过程数据；假设随涨潮水体越过潜堤进入目标沙滩内的泥沙全部沉积；先根据潮位过程数据计算当潜堤处于不同高程时每年进入目标沙滩内的水量，再根据目标沙滩前沿处水体含沙量数据计算该水量中含有的泥沙量，即年淤积量，并据此计算年平均淤积厚度；判断潜堤高程对于目标沙滩内年平均淤积厚度的影响程度；若影响程度为显著，则将潜堤高程对于目标沙滩内年平均淤积厚度的影响纳入潜堤建设时的额外参考依据，若影响程度为不显著，则忽略潜堤高程对于目标沙滩内年平均淤积厚度的影响。

10.根据权利要求9所述的潜堤高程确定方法，其特征是，泥沙淤积影响验证步中，淤积物干容重γ_O＝1750d₅₀ ^0.183，式中d₅₀为目标沙滩泥沙的平均中值粒径。

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