海岸工程海岸防護(hù)工程

海岸工程(I）河海大學(xué)港口航道專(zhuān)業(yè)海岸及海洋工程研究所本次課時(shí)需掌握內(nèi)容海堤設(shè)計(jì)要素的確定，具體包括：1、海堤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)2、設(shè)計(jì)潮位的確定3、設(shè)計(jì)波要素的確定專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)：工程水文學(xué)第二章海岸防護(hù)工程海岸防護(hù)工程：一種護(hù)岸工程,保護(hù)沿海灘地,抵御風(fēng)浪、沿岸流和潮流對(duì)岸灘的沖刷和侵蝕，以及風(fēng)暴潮對(duì)田地的泛濫和淹沒(méi)。具體包括：海堤、護(hù)岸、保灘等工程第一節(jié)海堤(seadyke,dikeseawall)定義：沿海岸修建的一種擋潮防浪，防止田地被淹沒(méi)的堤防、是海岸防護(hù)工程的主要設(shè)施。海堤設(shè)計(jì)需要解決的三個(gè)問(wèn)題：1、水文動(dòng)力要素的確定2、結(jié)構(gòu)的確定3、地基的處理第二章海岸防護(hù)工程一、海堤的規(guī)劃與布置海堤規(guī)劃與布置原則：1、統(tǒng)一規(guī)劃、綜合利用2、注意生態(tài)環(huán)境3、多方案比選4、堤軸線避免過(guò)多曲折5、海堤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按實(shí)際用途和當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況合理確定第二章海岸防護(hù)工程二、海堤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1、海堤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：海堤能夠安全承受和防御的，并據(jù)以進(jìn)行海堤設(shè)計(jì)的潮、浪組合標(biāo)準(zhǔn)。2、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定依據(jù)：首先根據(jù)其保護(hù)對(duì)象的重要性和被保護(hù)的人口或土地面積,將海堤劃分為不同的等級(jí),按不同等級(jí)規(guī)定相應(yīng)的防御標(biāo)準(zhǔn),然后計(jì)算確定由該防御標(biāo)準(zhǔn)所決定的一定累積頻率和重現(xiàn)期下的潮位和波浪值.（參考：潮位可參考堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范、防洪標(biāo)準(zhǔn)；波浪可參考海港水文規(guī)范以及地方相關(guān)規(guī)范）3、海堤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀：目前尚無(wú)統(tǒng)一的海堤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)第二章海岸防護(hù)工程早期確定海堤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)方法：各地標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，但都是以一定的特征潮位和臺(tái)風(fēng)風(fēng)級(jí)的組合來(lái)反映防御標(biāo)準(zhǔn)。主要：廣東省標(biāo)準(zhǔn)、福建省標(biāo)準(zhǔn)、上海市標(biāo)準(zhǔn)、江蘇省標(biāo)準(zhǔn)等實(shí)例:上海1975年標(biāo)準(zhǔn):歷史高潮位和11級(jí)臺(tái)風(fēng).早期確定海堤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及其缺陷：A、風(fēng)---------------------------間接反映波浪

用風(fēng)級(jí)來(lái)反映波浪的大小,是一種間接確定風(fēng)浪要素的方法,同直接利用波浪觀測(cè)資料進(jìn)行分析相比較,誤差比較大,且各地的標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)風(fēng)情尚不夠明確,缺乏必要的換算和修正.B、歷史最高潮位------------無(wú)頻率概念，有任意性和隨機(jī)性

無(wú)明確的頻率概念,不同地點(diǎn)的歷史高潮位所代表的重現(xiàn)期相差很大,帶有比較大的任意性和隨機(jī)性.籠統(tǒng)地利用歷史最高潮位作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是不合理的.C、資料的可靠性------------資料受當(dāng)?shù)貤l件和分析方法制約。

歷史高潮位和最高潮位有的是通過(guò)調(diào)查得到,其可靠性往往受到當(dāng)?shù)氐木唧w條件和調(diào)查分析方法影響.第二章海岸防護(hù)工程70年代以后海堤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用年頻率方法：潮位：采用年頻率統(tǒng)計(jì)法，確定不同重現(xiàn)期的高潮位，需要20年以上的潮位資料。波浪：設(shè)計(jì)波浪的重現(xiàn)期——————長(zhǎng)期標(biāo)準(zhǔn)

某一特定波列的波浪多少年出現(xiàn)一次,代表波浪要素的長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律.設(shè)計(jì)波浪的波列累積頻率——---短期標(biāo)準(zhǔn)

某一波要素在實(shí)際海面上不規(guī)則波列中的出現(xiàn)概率,代表的是短期的統(tǒng)計(jì)規(guī)律.第二章海岸防護(hù)工程上世紀(jì)80年代末和90年代浙江?。骸墩憬『Ｌ凉こ碳夹g(shù)規(guī)定（試行）》共分成四個(gè)等級(jí),各級(jí)所對(duì)應(yīng)的潮位和波浪的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期:I級(jí)----50~100年,II級(jí)---20~50年,III級(jí)---10~20年,IV級(jí)----10年福建省：《圍墾工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》1992年頒布對(duì)工程進(jìn)行等級(jí)劃分,分成大型工程、中型工程和小型工程.又利用不同建筑物的重要性分成3等、4等、5等三種不同等級(jí)的建筑物級(jí)別.級(jí)別潮位重現(xiàn)期風(fēng)速重現(xiàn)期波浪爬高累計(jì)率安全超高3100~505020.7450~303050.5530~2010130.3上海市：80年代末提出百年一遇加11級(jí)臺(tái)風(fēng)作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)第二章海岸防護(hù)工程重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)：反映海堤的使用年限和重要性累積頻率標(biāo)準(zhǔn)：反映潮位或波浪對(duì)不同類(lèi)型海堤或不同部位作用的不同性質(zhì)舉例：不同部件，不同結(jié)構(gòu)對(duì)波浪敏感性不一樣，視設(shè)計(jì)構(gòu)件取不同標(biāo)準(zhǔn)。重要海堤---潮位和波浪都采用比較長(zhǎng)的重現(xiàn)期;直立式海堤---對(duì)波浪特別敏感斜坡式海堤---容易修復(fù)

第二章海岸岸防護(hù)工程海堤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)其它考慮因因素：A、考慮幾年年后海堤所處處環(huán)境的改變變。舉例：蛇口海海域的淤積B、不同海堤堤的材料組成成。舉例：長(zhǎng)江口口不同的海堤堤形式土堤和石堤C、設(shè)計(jì)波浪浪作用于海堤堤上的延續(xù)時(shí)時(shí)間不同，應(yīng)應(yīng)對(duì)應(yīng)不同的的標(biāo)準(zhǔn)。舉例:是否允允許越浪,怎怎么考慮.塊石穩(wěn)定模型型實(shí)驗(yàn)要累積積模擬2~3小時(shí)的風(fēng)暴暴作用時(shí)間.設(shè)計(jì)波浪的作作用延續(xù)時(shí)間間反映波浪的的可能越頂?shù)牡臅r(shí)間長(zhǎng)短和和越浪量，———采用不同同的波列累積頻率率反映設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的不同第二章海岸岸防護(hù)工程浙江省海塘工工程技術(shù)規(guī)定定建議的波列列累積頻率標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)表見(jiàn)書(shū)本海港水文規(guī)范范的規(guī)定第二章海岸岸防護(hù)工程三、設(shè)計(jì)潮位計(jì)計(jì)算1、設(shè)計(jì)高潮潮位的推算設(shè)計(jì)高潮位由由年最高潮位位頻率計(jì)算法法確定概念：重現(xiàn)期T=100%/PT是重現(xiàn)期;P是大于或或等于某一潮潮位值出現(xiàn)的的頻率重現(xiàn)期50年年一遇的含義義不能混淆.!!!!安全率假定海堤的設(shè)設(shè)計(jì)使用年限限為N年,則則在使用年限限內(nèi)出現(xiàn)的潮潮位都小于H50的幾幾率為F=(1-P%)N可能出現(xiàn)的概概率:q=1-(1-P%)N50年內(nèi)出現(xiàn)現(xiàn)50年一遇遇的潮位其安安全率為36.4%,危險(xiǎn)率的為為63.6%資料要求：根據(jù)港口水文文規(guī)范，最高高潮位頻率需需要20年以以上的連續(xù)年年最高潮位資資料計(jì)算方法：A、極值I型型分布（耿貝貝爾分布）B、PIII型分布(主要應(yīng)用在受受潮汐影響的的河口地區(qū))第二章海岸岸防護(hù)工程極值I型分布布:A、n年高潮潮位平均值B、年高潮位位均方差C、與不同年年頻率P（%）對(duì)應(yīng)的高高潮位hp,D、實(shí)際測(cè)量量的經(jīng)驗(yàn)頻率率點(diǎn)2、資料中有有特大值時(shí)設(shè)設(shè)計(jì)高潮位的的推算法把n年的資料料放大至N年年的資料，計(jì)計(jì)算其平均值值、均方差以以及與年頻率率P（%）對(duì)對(duì)應(yīng)的高潮位位hpA、高潮位平平均值B、年高潮位位均方差C、與不同年年頻率P（%）對(duì)應(yīng)的高高潮位hp,D、實(shí)際測(cè)量量的經(jīng)驗(yàn)頻率率點(diǎn)第二章海岸岸防護(hù)工程3、資料短缺缺情況下設(shè)計(jì)計(jì)高潮位的推推算方法：“極值同步差差比法”求設(shè)設(shè)計(jì)高潮位資料要求：A、當(dāng)?shù)?年潮位位資料和鄰近近水域20年年以上潮位資資料.條件：鄰鄰近點(diǎn)與工程程點(diǎn)之間應(yīng)到到滿(mǎn)足潮汐性性質(zhì)相似、地地理位置相近近、受河流徑徑流影響相似似和受增減水水影響條件相相同。原理：假定兩兩地相同重現(xiàn)現(xiàn)期的設(shè)計(jì)高高潮位與平均均海平面的差差值同兩地的的年最高潮位位平均值與平平均海平面的的差值成正比比h表示設(shè)計(jì)計(jì)高潮位，A表示多年平平均海平面，，R表示同期期各年的年最最高潮位平均均值和平均海海平面的差值值，x為為已已知點(diǎn)，y為為未知點(diǎn)。另外一種簡(jiǎn)單單方法是已知知點(diǎn)與待定點(diǎn)點(diǎn)作相關(guān)分析析相關(guān)系數(shù)B、短期觀測(cè)1個(gè)個(gè)月應(yīng)該在該地點(diǎn)點(diǎn)與鄰近有長(zhǎng)長(zhǎng)期資料的地地區(qū)進(jìn)行同步步的短期測(cè)量量，然后也可可以推求待定定點(diǎn)的設(shè)計(jì)高高潮位:1、利用同步觀測(cè)測(cè)的一個(gè)月資資料，分別求求出兩地在這這一個(gè)月中潮潮差較大的時(shí)時(shí)段里的短期期平均海平面面。2、利用這一個(gè)月月的潮位資料料分別繪制兩兩地的潮位過(guò)過(guò)程線，并且且將起平均海海平面迭和，，且使兩過(guò)程程的高潮和低低潮盡量一致致，比較兩者者潮型是否相相似。3、兩地潮型相似似,潮位不同同是由于兩地潮差不不同引起.假假定相同重現(xiàn)現(xiàn)期的設(shè)計(jì)高高潮位與平均均海平面的差差值同兩地的的年最高潮位位平均值與平平均海平面的的差值成正比比等號(hào)右邊代表表的是兩地潮潮差比的平均均值4、假定兩地短期期平均海平面面與多年平均均海平面之差差值相同.5、待定點(diǎn)的不同同重現(xiàn)期的潮潮位Ax為已知點(diǎn)處的的多年平均海海面;hx為已知點(diǎn)處某某重現(xiàn)期的年年設(shè)計(jì)高潮位位,下標(biāo)Y為為待定點(diǎn).四、設(shè)計(jì)波浪計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)波高的確確定設(shè)計(jì)波高對(duì)應(yīng)應(yīng)下波周期確確定第二章海岸岸防護(hù)工程四、設(shè)計(jì)計(jì)波浪浪計(jì)算算1、波波列累累積頻頻率計(jì)計(jì)算(反映映十幾幾分鐘鐘的波波浪資資料統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分分析,包括括波高高\(yùn)周周期累累計(jì)頻頻率)計(jì)算步步驟:(1)根據(jù)固固定位位置測(cè)測(cè)波儀儀實(shí)測(cè)測(cè)的波波浪資資料,按上上跨零零點(diǎn)法法連續(xù)續(xù)100~150個(gè)個(gè)波的的波高高值.在任一一個(gè)波波浪系系列中中,波波高是是波面面垂直直唯一一大小小這一一隨隨機(jī)時(shí)時(shí)間中中的隨隨機(jī)變變量.取樣樣本的的時(shí)候候,應(yīng)應(yīng)該要要取一一次風(fēng)風(fēng)浪處處于定定常狀狀態(tài)過(guò)過(guò)程中中的波波高(2)將波波高Hi從大到到小排排序,共有有大小小不同同的波波高M(jìn)個(gè),計(jì)算算每一一波高高出現(xiàn)現(xiàn)的次次數(shù)ni,計(jì)算算波浪浪系列列的平平均波波高N為系系列中中所有有波高高總數(shù)數(shù)(3)計(jì)算算相對(duì)對(duì)波高高即即模模比系系數(shù)K(4)一一適當(dāng)當(dāng)?shù)慕M組距將將系列列分成成若干干組,計(jì)算算每組組上下下限所所對(duì)應(yīng)應(yīng)的波波高.(5)統(tǒng)統(tǒng)計(jì)各各統(tǒng)計(jì)計(jì)各組組波高高的出出現(xiàn)次次數(shù),這里里統(tǒng)計(jì)計(jì)的次次數(shù)是是每組組內(nèi)(6)將各各組波波高的的出現(xiàn)現(xiàn)次數(shù)數(shù)除以以總次次數(shù)N，得得到各各組波波高出出現(xiàn)的的區(qū)間間頻率率(7)由由于某某一區(qū)區(qū)間頻頻率代代表這這區(qū)間間中各各種波波高出出現(xiàn)的的總頻頻率，，假定定區(qū)間間內(nèi)任任何一一個(gè)波波高出出現(xiàn)機(jī)機(jī)會(huì)彼彼此相相同，，則代代表表著區(qū)區(qū)間內(nèi)內(nèi)各波波高出出現(xiàn)的的頻率率。繪制概概率密密度曲曲線：：以相相對(duì)波波高和和平均均頻率率為為坐坐標(biāo)。。(8)繪制制波高高累積積頻率率曲線線。先先推求求波列列中大大于等等于某某一波波高的的累積積頻率率。。然后后以累累積頻頻率和和相對(duì)對(duì)波高高為坐坐標(biāo)，，繪制制并擬擬合得得到累累積頻頻率分分布圖圖。深水區(qū)區(qū)波高高頻率率分布布（Rayleigh分分布)：即淺水區(qū)區(qū)波高高頻率率分布布魯霍霍夫斯斯基分分布：：即以此可可以推推算不不同累累積頻頻率下下的波波高波浪重重現(xiàn)期期的推推算2、設(shè)設(shè)計(jì)重重現(xiàn)期期的推推算資