5.3　海洋水文分析计算

5.3.1　应根据实测潮位资料分析与统计工程海域潮汐类型、特征潮位、潮差、涨落潮历时等特征值；应校核工程设计使用的高程基准面与平均海平面、潮位基面、海图基面等各种基准面间的关系，并提供基面间的换算关系。

5.3.2　设计高、低水位的分析与计算应符合下列规定：

1　当有不少于完整1年历时潮位或完整1年逐日高、低潮位资料时，应按照历时累积频率曲线或高、低潮累积频率曲线，计算确定设计高、低水位。对于潮汐作用明显的海域，设计高水位应采用高潮累积频率10%的潮位或历时累积频率1%的潮位，设计低水位应采用低潮累积频率90%的潮位或历时累积频率98%的潮位。对于潮汐作用不明显的河口海域，设计高水位和设计低水位应分别采用多年的历时累积频率1%和98%的潮位。

2　当工程场区或附近海域有不少于连续1个月的短期历时潮位资料时，可采用“短期同步差比法”，将其与附近长期潮位站进行同步相关分析，分析计算设计高、低水位；或与附近长期潮位站采用“相关分析法”插补延长，综合分析确定设计高水位和设计低水位。

5.3.3　潮间带风电场乘潮潮位累积频率应按以下步骤统计计算：

1　首先确定乘潮所需持续的时间；

2　在潮位过程线上，量取各次潮历时等于乘潮所需持续时间的潮位值，以潮位值作为潮位样本绘制累积频率曲线，在乘潮累积频率曲线上选取所需的累积频率潮位值。

5.3.4　不同重现期设计高、低水位的分析与计算应符合下列规定：

1　当工程场区有连续20年及以上的潮位系列，并有历史最高、最低潮位的调查资料时，不同重现期设计高、低水位的计算应按年极值法选样，应以极值Ⅰ型分布或皮尔逊Ⅲ型分布进行统计。水位主要由潮汐控制的，应以极值Ⅰ型分布统计成果为主；水位主要由径流控制的，应以皮尔逊Ⅲ型分布统计成果为主。

2　当工程场区或附近海域有不少于连续1年的高潮位和低潮位资料系列，资料系列应与附近有不少于连续20年资料的长期潮位站采用“相关分析法”插补延长，分析计算不同重现期设计高、低水位。以潮汐为主的海区也可采用“极值同步差比法”，由长系列站的设计值直接推算至工程点。

3　当不具备“相关分析法”和“极值同步差比法”计算条件，且受风暴潮影响严重地区时，应对设计潮位进行专题研究，并应建立潮位专用站，根据观测资料修正设计潮位值。

4　设计潮位计算成果应通过潮波传播特性、风暴潮增减水幅度与历史最高潮位比较等进行地区合理性分析。

5.3.5　波浪特性分析计算应符合下列规定：

1　应根据现场实测资料分析波浪特性，分析内容主要包括波型特征、波向、波高和周期的分方向统计特征以及年月分布特征等，并绘制波高、周期关系图和波浪玫瑰图；

2　应从自然地理与水文气象环境等方面，对测波站相对于工程点的代表性进行分析，并分方向检验测波站资料的适用程度；对引用的波浪要素系列的一致性与可靠性应进行考查与审定。

5.3.6　波浪设计波高计算应符合下列规定：

1　当工程或附近海域有连续20年及以上实测资料，可采用分方向的某一累积频率波高的年最大值系列，用皮尔逊Ⅲ型分布曲线或其他合适的线型，并结合历史特大波高调查资料做频率分析，确定不同重现期的设计波高；当确定某一波向的设计波浪时，年最大波高及其对应周期的数据，宜在该方向左右各22.5°的范围内选取，当需每隔45°方位角均进行统计时，应对每一波向均只归并相邻一个22.5°的数据；

2　当工程或附近海域测波资料系列年限较短，波高计算宜结合水域波浪特性采用短期测波资料经验频率分析方法。短期测波资料经验频率分析方法应符合本标准附录A的规定；

3　设计波高计算成果，应结合历史最大波高调查资料进行分析比较，并结合短期波浪观测成果，合理确定设计波高。

5.3.7　设计波浪周期的计算应符合下列规定：

1　当工程或附近海域波浪主要为风浪时，可由当地风浪的波高与周期的相关关系外推与设计波高相对应的周期，或按表5.3.7确定相应的周期。

2　当工程或附近海域波浪主要为涌浪或混合浪时，将与年波高最大值相对应的周期系列用皮尔逊Ⅲ型分布曲线或其他合适的线型作频率分析，确定与设计波高同一重现期的周期值。

3　计算所得周期均结合调查资料和类似海域经验，通过比较分析，确定合理的数值。

5.3.8　设计波长可根据设计波浪平均周期、设计潮位相应水深按式（5.3.8-1）计算。当水深不小于一半的波长时，深水波波长按式（5.3.8-2）计算。有效波周期、谱峰周期可按式（5.3.8-3）和式（5.3.8-4）计算：

式中：L——波长（m）；

L0——深水波波长（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——谱峰周期（s）。

5.3.9　当一定重现期下的某一累积频率的波高与设计要求的累积频率标准不同时，可按式（5.3.9-1）和式（5.3.9-2）计算，换算为设计要求的累积频率的设计波高：

式中：HF——累积频率为F的波高（m）；

——平均波高（m）；

H*——相对水深；

d——水深（m）；

F——累积频率。

5.3.10　当工程及其附近海域无较长期实测波浪资料或工程位于水文气象或自然地理条件复杂的水域内时，宜根据历史风场资料，通过波浪数学模型对波浪进行数值计算，分析论证工程点的设计波浪要素。

5.3.11　将深水波浪要素推算至工程场区处时，应根据深水波浪计算点与工程海域之间的水深、地形差别和底坡摩擦、障碍物影响等情况，要考虑波浪浅水变形、波浪折射、波浪绕射、波浪破碎等因素的影响而进行分析和计算。当工程海域处推算的波高大于浅水极限波高时，设计波高应采用极限波高，极限波高计算方法应符合附录B的规定。

5.3.12　海流分析计算应符合下列规定：

1　近岸海流分析应以潮流和风海流为主，必要时还应考虑由于波浪破碎产生的沿岸流和离岸流等。河口区的海流分析应以潮流和径流为主，受径流影响较大的河口区的海流应根据洪水期的观测资料分析计算。

2　海流特征值应根据现场实测资料经分析后确定。实测资料不足时，近岸海区内风海流估算方法宜符合附录C的规定。地形变化较大的风电场海域潮流特征值，宜根据工程需要可用数值模拟或物理模型试验等方法分析。

3　潮流性质可分为规则的半日潮流和不规则的半日潮流、不规则的全日潮流和规则的全日潮流，潮流性质可按表5.3.12的规定确定。

4　大潮期间的潮流平均最大流速可按下述方法确定：

1）潮差、潮流相关性较好的半日潮流海区，海流观测资料可采用潮汐—潮流比较法进行分析；根据分析结果，确定观测日期的潮流平均最大流速矢量，大潮期间的潮流平均最大流速可根据大潮平均潮差与观测日期的潮差的比值，并与观测日期的平均最大流速的乘积进行计算，即按下式计算：

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——观测日期的潮差（m）；

——观测日期的潮流平均最大流速矢量（流速：cm/s，流向：°）。

2）当有大、中、小潮流连续三次海流观测资料时，可进行准调和分析，确定潮流椭圆要素。大潮期间的潮流平均最大流速矢量可按下列公式计算：

半日潮流海区：

全日潮流海区：

式中：——为大潮日期的潮流平均最大流速矢量（流速：cm/s；流向：°）；

——表示潮流的椭圆长半轴矢量（cm/s）。

3）大潮期间的潮流平均最大流速矢量可近似采用大潮观测日期的实测最大值。

5　在潮流和风海流为主的近岸海区，海流的可能最大流速应为潮流可能最大流速与风海流流速的矢量和。潮流的可能最大流速可按下列公式计算：

规则半日潮流海区：

规则全日潮流海区：

式中：——潮流的可能最大流速（流速：cm/s；流向：°）；

——表示潮流的椭圆长半轴矢量（cm/s）。

不规则半日潮流海区和不规则全日潮流海区取上面两个计算值中的大值。

6　对于受径流影响较大的河口区域，可能最大流速宜采用数学模型计算。

5.3.13　海冰分析计算应符合下列规定：

1　应根据可能对海冰产生影响的水文、气象条件推算海冰设计参数。海冰分析可分为一般条件和极端条件；

2　海冰一般条件参数应主要包括冰日、冰期、冰厚、温度、盐度、密度、流冰漂流方向和速度、冰覆盖率以及气温和风速等；一般条件参数应进行长期观测，统计分析后确定；

3　极端条件下不同重现期的冰厚和冰的力学强度可根据20年及以上的连续年极值资料，利用皮尔逊Ⅲ型分布曲线或其他合适的线型作频率分析推算；

4　对于缺少资料的海域，海冰条件参数可通过经验关系并结合调查推算。

5.3.14　泥沙与海床演变分析计算应符合下列规定：

1　海床演变分析应包括海床稳定性分析和冲淤趋势预测；

2　海床演变分析应在现场查勘的基础上，利用历史水下地形图、遥感影像及有关海流、波浪、泥沙测验资料，根据海床演变的基本规律和人类活动的影响，分析预测海岸、海床稳定性；

3　应根据实测潮流及余流方向、悬沙含量、水沙输运通量、海底沉积物的分布、海岸侵蚀和堆积的形态特征以及沿岸组成物质的粒径变化和重矿物分布情况等资料，分析判断泥沙来源和运移方向；

4　应通过历次水下地形对比分析，确定场区海床历年冲淤的幅度和速率变化趋势，分析计算可能存在的最大自然冲刷深度；对历史水下地形图等有关测绘资料应考证测量年代、测量精度、坐标和高程系统等，对各种地形图分析时应采用统一比例尺和基面；

5　当海床冲刷较严重或人类活动影响较明显时，应进行全潮水文测验和水下地形测量，并应通过模型试验等途径，分析场区的冲刷趋势和幅度；

6　局部冲刷分析计算，应结合桩基础不同的结构形式和水沙环境条件，选取合适的经验公式估算局部冲刷深度和范围。当场区附近水动力、泥沙条件相似区域具有局部冲刷实地调查资料时，应进行桩基础局部冲刷成果的对比分析。对水动力条件复杂、地形变化较大、海床演变剧烈的海域，宜开展局部冲刷物理模型试验，分析风电机组基础局部冲刷。