港口海洋给排水及环境工程.ppt

第六讲港口、海洋、给排水及环境工程,港口工程,港口(Harbour)是具有水陆联运设备和条件的，有一定面积水域和陆域，是供船舶出入和停泊、旅客及货物集散并变换运输方式的场地，是为船舶提供安全停靠和进行作业的设施，并为船舶提供补给、修理等技术服务和生活服务。港口工程是兴建港口所需的各项工程设施和工程技术名称，包括港口选址、工程规划设计合各项工程的修建。,港口分类,按所在位置分类：海岸港、河口港和河港，前两者称为海港；按用途分类：商港、军港、渔港、工业港和避风港；按成因分类：天然港、人工港；按港口水域是否冻结分类：冻港和不冻港；按潮汐关系、大小，以及是否修建船闸分类：闭口港、开口港；按对外国货物是否报关分类：报关港、自由港；,港口组成,水域：进港航道、港地、锚地，对天然掩护条件差的还建有防波堤；主要供船舶航行、运转、抛锚；要求有适当深度、面积，水流平缓，水面稳静；陆域：码头、仓库、堆场、港区铁路、道路，并配有装配、运输机械，以及其它各种生活和辅助设施；主要供旅客集散、货物装卸、堆存和转载；要求有适当的高程、岸线长度和纵深；,港口水域,港外水域：进港航道、港外锚地，以及防波堤以外为港外航道，见上图；港内水域：港内水道、转头水域、港内锚地和码头前水域或港池；为克服船舶行使的惯性，港内航道一般不低于3-4个船长，并且停靠码头时要有足够的回转空间；,逆流停靠,顺流停靠,内河港口1、码头2、仓库3、铁路4、港池,港口规划,货物吞吐量，即一个港口从水运转陆运和陆运转水运的货物数量总和，是港口工作的基本指标，是规划的核心；港口的规模、泊位数目、库场面积、装卸设备数量以及集疏运设施等皆仪货物吞吐量为依据；规划一般分为选址可行性研究和工程可行性研究两个阶段,港址选择是港口设计工作的先决条件。一个优良港址应满足下列基本要求：1.有广阔的经济腹地。2.与腹地有方便的交通运输联系。3.与城市发展相协调。4.有发展余地。5.满足船舶航行与停泊要求。6.有足够的岸线长度和陆域面积，用以布置前方作业地带、库场、铁路、道路及生产辅助设施。7.应注意能满足船舰调动的迅速性，航道进出口与陆上设施的安全隐蔽性以及疏港设施及防波堤的易于修复性等。8.对附近水域生态环境和水、陆域自然景观尽可能不产生不利影响。9.尽量利用荒地劣地，少占或不占良田，避免大量拆迁。,大连港,泻湖海岸建港,工程可行性研究主要研究内容包括：1现状评价，指出生产能力“瓶颈”所在，提出加强薄弱环节的措施；2预测运量发展，论述运输发展的经济合理性及建设项目的必要性与紧迫性；3建设的合理规模；4结合自然条件论证技术的可能性，提出推荐方案，同时论证各方案的优缺点及其对环境的影响；5进行平面布置设计，确定项目范围、装卸工艺和设备、主要水工建筑工程；6建设期的三通（水、电、路），征地拆迁和建材供应问题；7施工条件与工期安排；8企业组织管理和人员编制；9投资估算及效益分析；10结论及建议。,太仓港,港口布置基本类型,突出式,挖入式,平行挖入式,Y型挖入式,老港口增加人工港岛,天然港的建设,天然离岸岛的建设,河口港的建设,码头形式,顺岸式。码头的前沿线与自然岸线大体平行，在河港、河口港及部分中小型海港中较为常用。其优点是陆域宽阔、疏运交通布置方便，工程量较小。突堤式。码头的前沿线布置成与自然岸线有较大的角度，如大连、天津、青岛等港口均采用了这种型式。其优点是在一定的水域范围内可以建设较多的泊位，缺点是突堤宽度往往有限，每泊位的平均库场面积较小，作业不方便。挖入式。港池由人工开挖形成，在大型的河港及河口港中较为常见，如德国汉堡港、荷兰的鹿特丹港等。挖入式港池布置，也适用于泻湖及沿岸低洼地建港，利用挖方填筑陆域，有条件的码头可采用陆上施工。近年来日本建设的鹿岛港、中国的唐山港均属这一类型。,深圳蛇口客运站码头,顺建式,黄岛油码头，伸入式,天津石化码头，挖入式,敞口式海岸,码头按其前沿的横断面外形有直立式、斜坡式、半直立式和半斜坡式；码头按结构形式可分为重力式、板桩式、高桩式和混合式；码头又可分为岸壁式和透空式两大类。,防波堤平面布置类型,防波堤按其构造形式（或断面形状）及对波浪的影响有斜坡式、直立式、混合式、透空式和浮式，以及喷气消波设备和喷水消波设备等多种类型。,1996年竣工的广东台山电厂东防波堤及东护岸，采用爆炸挤淤抛石新技术施工，防波堤长1,370m，护岸1,250m。护面为10t21t扭工字块。,1988年竣工的营口港鲅鱼圈港区长793m北防波堤工程。结构型式是以堤心石、垫层石为块石棱体，外侧护混凝土扭工字块，内侧护混凝土四脚空心块和压脚棱体的斜坡式防波堤。,防波设备,喷气消波设备是利用水下管中喷出的空气与水掺和所形成的空气帘幕来削减波浪的。最大优点是：当喷气管安设在足够的水深时，船舶可以经越其上驶入港内，畅航无阻。喷气消波设备的初期投资小，造价与水深无关，施工简单，拆迁方便。缺点是：运转费用较高。喷水消波设备的消波作用是利用逆着波向的喷射水流，阻碍波浪前进，使波长缩短，波浪破碎，从而消耗波浪的能量，使波高减小。,营口港鲅鱼圈滚装码头护岸工程,1996年竣工的珠海电厂5万吨码头防波堤，堤长1,400m为抛石斜波堤四脚空心块护面结构，采用爆炸挤淤填石法和爆夯理坡技术。,护岸方法,一类是直接护岸，即利用护坡和护岸墙等加固天然岸边，抵抗侵蚀；另一类是间接护岸，即利用在沿岸建筑的丁坝或潜堤，促使岸滩前发生淤积，以形成稳定的新岸坡。,斜面式护坡和直立式护岸墙，是直接护岸方法所采用的两类建筑物。护坡一般是用于加固岸坡。护坡坡度常较天然岸坡为陡，以节省工程量，但也可接近于天然岸坡的坡度。,消浪的砼扭工字块护坡,东盐场围海堤挡潮围堰,垂直与凹曲墙面,潜堤:利用潜堤促淤就是将潜堤布置在波浪的破碎水深以内而临近于破碎水深之处，大致与岸线平行，堤顶高程应在平均水位以下，并将堤的顶面作成斜坡状，这样可以减小波浪对堤的冲击和波浪反射，而越过堤顶的水量较多。丁坝:自岸边向外伸出，对斜向朝着岸坡行进的波浪和与岸平行的沿岸流都具有阻碍作用，同时也阻碍了泥沙的沿岸运动，使泥沙落淤在丁坝之间，使滩地增高，原有岸地就更为稳固。,仓库与货场,仓库、货场是港口的储存系统，其主要作用是加速车船周转，提高港口吞吐能力。货场主要用来存放不怕雨淋、日晒和气温变化影响的货物，如煤、矿石、某些建筑材料等。仓库用来保管贵重的货物，不使它们受到降水和日晒的影响。港口仓库可分为普通仓库和特种仓库（筒仓、油罐等）。普通仓库又可分为单层库和多层库,大连大窑湾新港堆场,大连散粮码头筒仓,珠海港起步工程2个20,000吨级泊位和堆场,港口道路,道路宽度应根据港口规模及行车密度等因素加以确定，港内道路宽度一般为67m；次要道路可采用单向通行道路，宽度为44.5m；对于汽车和装卸流动机械共同行驶的道路宽度一般不应小于1012m；港口道路的路面要具有一定的强度，耐磨，不产生过大的变形，表面粗糙，平整，排水良好，尘土少，在水文气象因素作用下要有一定的稳定性。,.港口货场上有轨起重运输机械的轨道基础结构，常用的有如下两种类型：1.轨枕道碴结构：由钢轨及配件、轨枕及道碴组成。2.轨道梁：当机械荷载较大时，为了避免局部沉陷，可采用沿轨道长度方向的钢筋混凝土梁作为轨道基础，在特别软弱地基上，轨道梁也可建在桩基上。,天津港,毛利塔利亚友谊港,丹东港,海洋工程,海洋工程是一项高新技术，从地理的角度来说，可分为海岸工程、近岸工程（又称离岸工程）和深海工程三大类。一般来说，位于波浪破碎带一线的工程，为海岸工程；位于大陆架范围内的工程，为近岸工程；位于大陆架以外的工程，为深海工程，但是在通常情况下，这三者之间又有所重叠。,从结构角度来说，海洋工程又可分为固定式建筑物和系留式设施两大类。固定式建筑物是用桩或者是靠自身重量固定在海底，或是直接坐落在海底；系留式设施是用锚和索链将浮式结构系留在海面上。它们有的露出水面，有的半露在水中，有的置于海底，还有一种水面移动式结构装置或是大型平台，可以随着作业的需要在海面上自由移动。（,海洋工程特点,环境条件复杂且随机性大结构尺度大且设计安全度要求高结构设计时考虑作用力的多样性施工方法的特殊性,海洋石油平台是海洋工程构筑物的典型代表，由上部结构（即平台）、立柱、和基础（或沉垫）3部分组成，有固定式、活动式、半固定式3类。固定式平台的下部由桩、扩大基脚或其他构造直接支承并固着于海底，按支承情况分为桩基式和重力式两种。活动式平台浮于水中或支承于海底，能从一井位移至另一井位，接支承情况可分为着底式和浮动式两类。近年来正在研究新颖的半固定式海洋平台，它既能固定在深水中，又具有可移性，张力腿式平台即属此类。,海洋平台,海洋平台与陆上建筑的比较,海洋石油平台系统,风浪下的石油平台,石油平台模型,三维平台模型,固定式平台-桩基式平台,导管架型平台。在软土地基上应用较多的一种桩基平台。由上部结构（即平台甲板）和基础结构组成。上部结构一般由上下层平台甲板和层间桁架或立柱构成。基础结构（即下部结构）包括导管架和桩。桩支承全部荷载并固定平台位置。塔架型平台。另一种适于软土地基的桩基平台。由腿柱（通常直径达6米）、水平杆和斜杆及大梁(圆形或箱形)组成。为减小挡水面积，桩均设置在腿柱内,排成圆形，桩顶与腿柱焊接，空隙内灌入水泥浆，以防止薄壁腿柱发生局部压屈，并使桩固定在腿柱下端。,固定式平台重力式平台,钢筋混凝土重力式平台。依靠自身重量维持稳定的固定式海洋平台。主要由上部结构、腿柱和基础三部分组成。基础分整体式和分离式两种。钢重力式平台。也属于分离式基础型,由钢塔和钢浮筒组成，浮筒也兼作储油罐。钢-钢筋混凝土重力式平台。上部结构和腿柱用钢材建造，沉箱底座用钢筋混凝土建造，可充分发挥两种材料的特性,活动式平台-着底式平台,着底式平台。最早的活动平台采用钻井驳船。后来随着海洋石油钻探水深的不断增加,钻井驳船进一步发展成坐底式平台,它由沉垫、立柱和平台甲板三部分组成,适用于水深为530米而且海底比较平坦的场合。自升式平台。由一个驳船式船体和若干能升降并能起支撑作用的桩腿组成，船体有足够的浮力以运载钻井设备和给养到达工作地点。作业时平台被桩腿支撑并抬升到海面以上。转移时，把桩腿拔起，驳船式船体下降浮于水面，即可拖运到另一地点。适用于590米,浮动式平台,钻井船。把钻井设备安装在船体上，靠锚系或动力定位，在漂浮的状态下钻井。一般都有自航能力，可在几百米或上千米水深的海域工作，但对风浪极为敏感，当风力超过78级，波高超过34米时就要停止作业。半潜式平台。主要由上部结构、下潜体、立柱及斜撑组成，下潜体有靴式、矩形驳船船体式、条形浮筒式。它既可在10600米深的海域工作,又能较好地适应恶劣的海况，但其经济水深一般为100300米。见下图,海洋平台,上海船厂“勘探三号”钻井平台，1984年建成，为半潜式平台。半潜式平台是目前深海钻井的主要装置。,半固定平台,张力腿式平台。上部结构是浮体，通过收紧锚固在海底的缆索，使浮体的吃水深度比静平衡状态大一些，浮力大于浮体重力，剩余浮力由缆索的张力来平衡。当平台受到扰动力时，缆索张力改变而产生弹性变形，因此，平台只产生微量位移。拉索塔式平台。是一种新型的海洋平台结构,其支承塔架下端着地，上端一般用48根钢索张紧固定。这种平台用料少，工作水深大，适用于大深度水域。,各类平台适用范围,活动式平台，由于机动性能好,故一般均用于钻井。坐底式平台特别适合于浅海(10米左右及岸边的潮间区)油田的钻井和采油工作。自升式平台和半潜式平台主要是供钻井之用，当油田的规模很小而又不宜设置固定式平台时，也可做采油用。活动式平台整体稳定性较差，对地基及环境条件有一定的要求。,固定式平台整体稳定性好，刚度较大，受季节和气候的影响较小,抗风暴的能力强。缺点是机动性能差,一经下沉定位固定，则较难移位重复使用。桩基平台属钻井、采油平台,工作水深一般在十余米到200米的范围内（个别平台超过300米）,是目前世界上使用最多的一种平台，是一种最成熟和最通用的平台型式。钢筋混凝土重力式平台是70年代初开始发展起来的一种新型平台结构，目前主要用于欧洲的北海油田。这种平台具有钻井、采油、储油等多种功能，水深在200米以内均可采用，最佳水深为100150米。,半固定的张力腿式平台及拉索塔式平台是两种适合于大深度海域（200米以上）的平台结构。是近年来发展起来的新结构型式，具有明显的优点。但仍处于研究试制的阶段。,给排水工程,给排水工程是城市基础设施的一个组成部分。城市的人均耗水量和排水处理比例，往往反映出一个城市的发展水平。为了保障人民生活和工业生产，城市必须具有完善的给水和排水系统。给水排水工程可以分为城市公用事业和市政工程的给水排水工程；工业企业大中型生产的给水排水及水处理工程；建筑给水排水工程。,城市给排水,城市给水主要是供应城市所需的生活、生产、市政（如绿化、街道洒水）和消防用水。由于水源的远近，城市给水系统的组成部分略有不同:,远离水源城市,靠近水源城市,城市给水系统示意图：地面水源,地下水源,城市给排水一般过程,城市给水系统分类,常见给水系统,建筑物内部供水,建筑物内部给排水方式,高层建筑物给排水系统,给水管网布置的铺设,给水管网枝状布置示意给水管网环状布置示意,铺设方式,给水计算,给水系统的水压应保证配水最不利点（通常位于系统的最高、最远处）具有足够的流出水头，其计算公式如下：H=H1+H2+H3+H4H建筑内给水系统所需的水压；H1引入管起点至配水最不利点位置高度所要求的静水压；H2引入管起点至配水最不利点的给水管路即计算管路的沿程与局部水头损失之和；H3水流通过水表时的水头损失；H4配水最不利点所需的流出水头，（根据不同给水配件，一般为0.020.04kPa或按产品要求选择）,增压设备-水泵、气泵,卧式立式,气泵,贮水池、水箱,贮水池示意图,水箱配管、附件示意图,城市排水体系,建筑内部排水系统分类和组成,屋面檐沟与天沟排水,屋面内排水,环境工程,研究和从事防治环境质量的科学技术，包括水体污染控制、生活用水共给、大气污染控制、固体废物处置、噪声污染控制、放射性污染控制等；环境工程是是原来土木工程中的市政工程分支逐渐发展为独立的学科，包括了给水和排水工程、垃圾处理、环境卫生、水分析等内容；,环境及其组成直接或间接影响到人类的一切自然形成的物质、能量和自然现象的总体，称为环境。人类环境分为自然环境和社会环境两部分。,自然环境也可以看作地球环境和外围空间环境两部分组成。自然环境对人类的影响是带根本性的。人类要改善环境，必须以自然环境为大前提，否则一事无成。社会环境是指人类的活动形成的环境要素，它包括由人工形成的物质、能量和精神产品、以及人类活动中形成的人与人之间的关系或称上层建筑。新的环境概念：经济文化发展计划必须慎重考虑到地球的生命支持系统中各个组成和各种反应过程之间的相互关系，对一个部门的有利行为，可能会对其他部门引起意想不到的损害。,环境要素又称环境基质，是指构成人类环境整体的各个独立的,性质不同的而又服从整体演变规律的基本组分。环境质量指在一个具体环境内，环境的总体或环境的某些次要因素，对人群的生存和繁衍以及社会经济发展的适宜程度，是反映人群的具体要求而形成的对环境评定的一种概念。主要包括：大气环境质量、水环境质量、土环境质量、城市环境质量，还有生产环境质量、文化环境质量等。,环境分类聚落环境院落环境、村落环境和城市环境地理环境地球表层，10-30千米。新概念自然地理环境人文地理环境地质环境地理环境中除生物圈以外部分宇宙环境大气层以外的环境，又称为星际环境,环境的功能特性环境系统是一个复杂的、有时、空、量、序变化的动态系统和开放系统。（1）能量输入、输出及平衡-环境平衡、生态平衡（2）系统的无序性(混乱度、熵)有序性（负熵）环境平衡就是保持系统的有序性，这种能力称为稳定性，具有稳定性的开放系统称为耗散系统。系统越大越稳定,系统中相互作用越复杂，彼此调节能力就越强，反之则弱，这种调节的相互作用称为反馈作用。最常见的反馈作用是负反馈作用，它使系统具有自我调节的能力，保持系统本身的稳定和平衡。,（3）整体性（4）有限性（5）不可逆性（6）隐显性（7）持续反映性（8）灾害放大性,近代的环境科学及环境学是一门新兴的综合性边缘科学（三大类六方面）,2.环境科学的内容和任务：研究的对象是人类与其生活环境之间的矛盾，人为主要因素，环境科学决不是纯粹的自然科学，而是兼有社会科学和技术科学的内容和性质。主要研究：（1）人类和环境的关系；（2）污染物在自然环境中的迁移、转化、循环和积累的过程和规律；（3）环境污染的危害；（4）环境状况的调查、评价和环境预测；（5）环境污染的控制和防治；（6）自然资源的保护和合理使用；（7）环境监测、分析技术和预报；（8）环境