张亚敬 姜云鹏 徐亚男 张维

摘 要：孟加拉湾是21世纪海上丝绸之路的重要海区，也是热带气旋多发的海区。本文分析了孟加拉湾东海岸的风与波浪特征，提出用代表波高来描述该海区的年均波浪强度，并对波高极大值应进行重现研究。对港址的选择、波浪设计要素的推算和防浪工程设计有指导意义，为一带一路近岸港口、电厂以及岛桥建设提供基础数据及研究新经验，为近岸工程规划、立项、实施提供决策依据，保证工程建设取得预期成果。

关键词：孟加拉湾;波浪特征;建港技术

中图分类号：U652            文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）03-0157-04

孟加拉湾作为21世纪海上丝绸之路的重要海区，同时又是热带气旋的多发海域，每年都会受到风暴潮的侵袭，是世界上受风暴潮影响最严重的海区之一。风暴潮及伴随的大浪对海岸地区安全具有直接威胁。因此，科学分析孟加拉湾海域的风浪特征，为海岸开发建设与航运安全提供基础参数，对孟加拉湾海上工程的开展和实施具有十分重要的意义。

孟加拉湾位于印度洋北部，西临印度半岛，东临中南半岛，经马六甲海峡与泰国湾和南海相连。面积217万km2，平均水深为2586m，最大深度5258m，总容积为561.6万km3 ，它的深海盆大致呈“U”字形，是世界第一大海湾。孟加拉湾普遍存在浪大周期长，潮流动力复杂等特点。目前众多工程项目面临如下风险：港池航道泥沙淤积严重、取水水深难以保证，骤淤风险大;海洋潮流动力强，电厂取水温升面临风险;孟加拉湾是世界上遭受热带风暴、洪水和海平面上升最严重的地区，海上过驳作业与码头作业均面临达不到工程需要的情况。因此准确评估海湾水动力环境条件，可以为港口工程建设提供综合决策。

1孟加拉湾海岸的波浪强度分析

海洋中波浪可以划分为3种不同的波浪形态，即风浪、涌浪和混合浪，混合浪是风浪与涌浪叠加而成的波浪。对风条件进行分析是研究该海域波浪的前提，波浪的年均强度和多年大浪统计值是反映该海区波浪特征的最主要参数。

1.1季风

由于海陆间存在的热力差异，随着季节变化而引起高、低压中心和风带的移动，冬、夏两季的季风盛行方向几乎相反，夏季由海向陆吹，冬季由陆向海吹[1]。北印度洋是世界上最显著的季风区，其具有明显的热带海洋性和季风性特征。孟加拉湾主要受季风的控制，一季度印度洋NE风盛行，受季风影响孟加拉湾海域以NE风为主，二季度由NE季风转变为SW;三季度在SW季风的影响下，孟加拉湾的风向以SW方向为主;四季度季风由SW季风转向为NE为主导。北印度洋上涌浪的大小和方向受季风控制，SW涌浪发生在SW季风期间。

1.2 台风

台风浪给海上施工、航海、渔业和军事活动等带来灾害。当台风浪传播到近岸会冲跨摧毁堤岸、港口码头以及海上建筑物，给人类造成巨大的损失，致使各种水产养殖业遭受巨大经济损失[2]。根据美国大气海洋局提供的热带气旋资料，1977年至2017年孟加拉湾海域生成的热带气旋共151个，平均每年生成3.68个热带气旋。台风的路径很是复杂，非常难找到两个完全一致的台风路径。在151场热带气旋中，其中有57场台风对孟加拉湾东海岸产生影响，约占总数的38%。此外孟加拉湾海域热带气旋的年际变化特征较大，其中1992年热带气旋最多达到9次。

从季节分布来看，孟加拉湾热带气旋在秋季（9月、10月、11月）发生的频数最多，期间共发生的次数为80次，约占总数的52.98%，超过了其他的热带气旋发生频数的总和（71个）;春节与冬季的频数相差无几，均多于夏季热带气旋发生的次数。孟加拉湾热带气旋月变化及强度分布见图4和图5。从月份分布来看，孟加拉湾的热带气旋呈现出明显的双峰值的变化特征，峰值分别出现在5月和11月;强气旋风暴、特强气旋风暴和超级气旋风暴较多发生在4月、5月、10月和11月，超级气旋风暴较多。

1.3孟加拉湾东海岸的波浪年均强度

波浪的年均强度体现了该区海洋水动力的主强度，是水域宽度、风和地形特征的综合体现，是判断波浪动力的主要指标。本研究通过多向能量加权得到一个代表波高值作为波浪年平均强度。

式中：为波浪年平均强度;为i向波浪出现频率;为i向平均波高;i代表出现的16个方位。

1.4孟加拉湾海岸的最大波高

最大波高以及强浪向等是反映海岸强浪的主要参数，是海岸工程设计和安全稳定的基础资料，与工程造价具有直接影响。孟加拉湾东海岸的最大波高往往是由台风引起的，在台风期间由台风引起的台风浪在波向上具有不确定性以及水深地形对波浪传播的影响，从而导致最大波高无法通过数值模型模拟的方法来获取。此外，大浪不单纯只是风浪或者涌浪，而是有两者共同组成的混合浪，同时还包含波浪绕射、折射以及反射而产生的多种波的重叠。如果此时对大浪进行统计划分，并以此作为大浪的验证依据来推算孟加拉湾海域的波浪特征，这种结果通常是不可信的。统计的孟加拉湾东海岸的波高的平均值及最大值表现在表2中。观测数据随着时间的变化也在不断的更新中，因此平均值以及最大值也会随之变化。由于孟加拉湾作为台风的多发海区，当有台风经过东海岸时，也会出现较大的波浪数据出现，因此如何准确的获取台风期间最大波高的数值和方向是评价大浪最根本的依据。

2孟加拉湾东海岸建港中需要注意的问题

2.1波要素分析依据

海岸工程设计波浪标准包括两个方面：一个是重现期标准，另一个是波列累计频率标準。在港口工程设计中有两种基本方法来推求某一重现期的设计波浪，其中第一种方法是“浪推浪”，即根据建港海域观测站提供的多年累计的波浪观测资料，经过统计分析来获得平均波高、有效波高、显著波高等特征波，采用威布尔分布、皮尔逊Ⅲ型曲线或瑞利分布等数学统计的方法进行波浪分布规律的分析，根据统计出的分布规律来最终确定不同重现期的设计波浪。实测波浪资料是波要素统计分析的最直接依据，是对观测水域波浪特点、水下地形、掩护情况的综合体现。一般对离岸向应进行风浪修正，对顺岸向应进行折射修正，对有掩护情况应进行绕射修正，对大波进行地形与破碎修正[3]。

第二种方法是“风推浪”，在无法获得建港海域的观测数据时，可以采用建港海域气象台的风况资料或者天气图。通过分析建港海域风、浪要素的相互关系后报出某一时刻的波浪要素，然后再利用第一种方法来确定不同重现期的设计波浪。当采用“风推浪”计算时应当进行风向与浪向一致性的分析，因为大多数的情况表明浪向与风向在16个方位的分布频率上存在着明显的不同，所以在涌浪所占的比例很高或者波浪的折射现象影响较大时，不建议采用“风推浪”的计算方法。

孟加拉湾东海岸受台风影响的比较频繁，直接决定了该海区的重现期波浪要素。由于各种计算模式仍然处于研究阶段，还没有十分明确的台风浪要素推算方法。多数学者通常采用理论风场模型以及联合风场对台风浪[4-7]作进一步的研究。为了准确地推算台风波浪要素，不仅应该考虑台风风场中最大风速半径以及移行风速等因素，还应该考虑到台风期间大浪、风暴增水以及各类台风出现频率等问题的研究。

在波要素统计分析中，还应分析工程区不同水位对波浪传播的影响。当波浪向近岸浅水区传递时，因水深变化以及底坡摩擦等原因，波高、波向等发生变化，需进行波浪浅水变形计算。深水区波浪进入浅水区时，底坡摩擦使波高减小，同时水深渐浅使波高增大[8]。因此在进行波要素统计分析时应该先将其推至深水区，再考虑不同的水位进行工程区的波要素。

2.2波浪周期

长周期波浪通常波高不高，一般小于1.5m，不同于一般风浪及短周期涌浪，但周期与波长较长，波速较大，在水平方向上能量较大并极具穿透性，能够穿透可透浪防波堤而对港内水动力环境产生显著影响，对港口建筑物的破坏力极大[9]。杨宪章[10]认为长周期波的波高较小，一般在几十厘米以下，但其波长较长、波速较大，所以在水平方向上水的流动性很大，具有相当大的波动能量。姜云鹏等人认为[11]在长周期波海区，波浪能量大，爬高水体在胸墙前发生急剧破碎，对胸墙形成的瞬间冲击力会非常大，对整体稳定性不利。刘艳等人认为在港口工程设计中，须特别注意长周期波对系泊稳定的影响，系泊稳定允许波高须经充分论证[12]。随着业内对长周期波影响的深入了解，在考虑波浪条件时波周期是一个敏感的要素。现场观测数据却往往缺少波周期。因此，在进行波周期分析时应注意波浪成因的区别。大浪往往是风浪与涌浪的混合，运用目前在涌浪基础上叠加风浪计算出的波周期反映了两组波线性叠加时的波面特征，但其作为统计值，往往掩盖了不规则波浪大波时的周期特征，数值上是偏小的[2]。

在孟加拉湾海域几乎不存在由地震而引发的长波现象，所以波高与周期之间呈现出一定的规律性特征。利用上述规律，可推算已知波高情况下对应周期或者运用已有的风浪周期与波高统计规律进行计算，以上方法适用于在开阔型水域的近岸波要素计算。受到安达曼海岛屿的掩护，可在海湾内发展大型开敞式码头，同时也应该考虑到台风的影响，适当增加港口建筑物等级以避免破坏或损失。

3结语

（1）孟加拉湾东海岸同时存在季风和台风的影响，因此风浪与涌浪共同影响使得在对孟加拉湾东海岸各地区建港条件分析时，波浪特点、强度和防护措施具有较大差异。在孟加拉湾东海岸进行港口、电厂以及岛桥建设时应该综合考虑季风、台风、地形以及涌浪等因素。

（2）波浪极值资料是影响工程设计参数的主要因素，应对这些资料进行重现期分布研究。除波高之外，波向与波周期也应结合工程特点进行分析。台风浪、季风浪和浪向频率分布规律对港口选址规划的选择具有重要意义。

参考文献：

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[10] 杨宪章.长周期波的特性及对系泊船舶动态特性的影响[J].港口工程，1989（6）：37-43.

[11] 姜云鵬，陈汉宝，赵旭，等.长周期波浪冲击下胸墙受力试验[J].水运工程，2018（5）：35-39.

[12] 刘艳，高峰，黄晨，等.长周期波浪下大型船舶系泊安全特性模拟研究[J].中国水运（下半月），2018，18（9）：9-10.

基金项目：2019年度交通运输行业重点科技项目（2019-GH-002）;2019中央科研单位创新基金项目（TKS190304）;中国交通建设集团科技研发项目（2018-ZJKJ-01）。