技術領域

本發明涉及波浪要素及潮位測量技術領域，具體涉及基于波浪壓力的跨海橋梁海域的波浪要素及潮位測量方法。

背景技術

跨海大橋在建設中需要面對復雜的海洋環境，強風、波浪、流速等環境載荷對橋梁的建設有重要的影響，甚至起到決定性影響因素。在實際工程中，通常參考《海港水文規范》(JTS 145-2-2013)中關于波浪力的相關規定作為計算依據，而波浪要素是波浪力計算的重要組成部分。

目前的波浪要素測試，一般是采用氣介式超聲波浪儀，該波浪儀可以測試波浪的波高和周期，但是不能測量波浪的方向和潮位。也采用球式水面波浪測試裝置，該裝置需要漂浮在水面，通過振動浮體的漂浮狀態測試波浪要素，由于浮體本身對波浪產生了破壞，因而測試結果存在一定的誤差。亦采用一種波浪浮標的波向定向檢定裝置，該裝置可以對波向進行測量，但是其測量要素較為單一，且結構相對復雜。有上述內容可知，現有技術中測量波浪要素的設備和方法存在如下問題：測量設備昂貴，測量成本高；浮標系統，維修養護難、影響現場施工；對波浪要素測量較為單一，不能夠對波浪要素和潮位進行全面測量。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供基于波浪壓力的跨海橋梁海域的波浪要素及潮位測量方法，用于測量橋梁施工海域的波浪要素和潮位，具有測量誤差小，性能穩定和測量全面的優點。

為達到以上目的，本發明采取的技術方案是：

基于波浪壓力的跨海橋梁海域的波浪要素及潮位測量方法，具體步驟如下：

步驟1，在施工海域內選取測試點，在位于測試點內的鋼管樁的外表面環向等間距設置若干波浪壓力傳感器，波浪壓力傳感器位于低潮位平均水平面以下2-4米；

步驟2，根據各波浪壓力傳感器采集的波浪壓力值，生成各波浪壓力傳感器對應的波浪壓力時程曲線；

步驟3，選取某一時間段內最大波浪壓力值所對應的波浪壓力傳感器為參考波浪壓力傳感器，參考波浪壓力傳感器的波浪壓力時程曲線為參考波浪壓力時程曲線；

步驟4，根據參考波浪壓力時程曲線，計算波浪要素和波浪潮位。

在上述技術方案的基礎上，所述波浪要素包括波浪波高、波浪周期、波浪壓力和波浪方向。

在上述技術方案的基礎上，波浪波高的計算方法包括：

S1.1，通過前期實驗，獲得波浪壓力變量A₁、波浪波高A₂和波浪壓力傳感器位于當前潮位水面以下的深度h之間的關系，其關系式為：

A₂＝f(A₁，h)

S1.2，根據參考波浪壓力時程曲線，求波浪壓力平均值記為P_平，根據公式h＝P_平/(ρg)，其中ρ為水密度，g為重力加速度，均為已知參數，計算參考波浪壓力傳感器位于當前潮位水面以下的距離h；

S1.3，將參考波浪壓力時程曲線上的波浪壓力傳感器的波浪壓力變量A₁和波浪壓力傳感器位于當前潮位水面以下的深度h代入步驟S1.1中關系式后，算出波浪波高A₂。

在上述技術方案的基礎上，所述波浪方向的計算方法包括：

S2.1，根據參考波浪壓力時程曲線，判斷波浪方向與參考波浪壓力傳感器之間的位置關系，如下：

同一時間段內參考波浪壓力傳感器順時針一側和逆時針一側的的波浪壓力傳感器測得的波浪壓力峰值為P_順和P_逆，參考波浪壓力傳感器測得的波浪壓力峰值為P，

若P＞P_順＝P_逆，則波浪方向與該參考波浪壓力傳感器的測壓面垂直；

若P＝P_順＞P_逆或P＝P_逆＞P_順，則波浪方向位于參考波浪壓力傳感器和其順時針方向或逆時針方向的波浪壓力傳感器的正中間；

若P＞P_順＞P_逆或P＞P_逆＞P_順，則波浪方向位于參考波浪壓力傳感器與其順時針方向或者逆時針方向的波浪壓力傳感器之間，此時波浪方向與參考波浪壓力傳感器之間的夾角為θ；

S2.2，計算波浪方向與參考波浪壓力傳感器之間的夾角θ，其包括：