海岸工程第三课.ppt

主讲人：孟艳秋、童朝锋二一六年九月,港口海岸与近海工程学院COLLEGEOFHARBORCOASTALANDOFFSHOREENGINEERING,海岸工程,港口、航道及海岸工程专业课程,课时安排,总计：1.5学分/24学时第一章海岸防护概论（2学时）第二章海岸防护工程（12学时）（1）海堤（6学时）（2）护岸（2学时）（3）丁坝（1学时）（4）潜坝（1学时）（5）人工补滩工程（1学时）第三章围海工程（6学时）第四章防波堤工程（3学时）第五章其他海岸工程（1学时）,第二章海岸防护工程,本章内容：第一节海堤第二节护岸第三节丁坝第四节潜坝第五节人工补滩工程本章需要了解掌握知识点：第一节海堤海堤设计标准，设计潮位与设计波浪计算，海堤断面型式和构造，海堤设计方法，地基稳定与沉降计算，软基处理。,4、设计波浪计算,不同水深的波浪运动波长的意义,4、设计波浪计算,波列累积频率应用中的一些基本概念：按部分大波平均值定义的特征波：最大波高、十分之一大波、有效波、平均波有效周期、平均周期按累积频率定义的特征波：工程上常用的波高包括：,平均波高（）：,累积频率波高（）：,1/10大波（）：,有效波高（）：,累积概率（F）波高（HF）：实际海面上不规则波列所出现的概率F对应的波高。例如1000个波浪，按波高依次排列，其中第10个（累积概率为1%）波高，则称为累积概率1%波高，并记为H1%,余类推。,1/10大波：波群或观测的全部波浪中，按波高大小的顺序，就相当于总数的1/10的大波及对应其波高的周期，进行平均得到的波浪，并以H1/10和T1/10表示。(所有的波高由大到小排列，取前面的十分之一来做平均的波高),有效波或1/3大波：波群或全部观测记录中，按波高大小顺序，就相当于总数的1/10的大波及对应其波高的周期，进行平均得到的波浪，称为有效波，并以H1/3或Hs和T1/3或Ts表示。,4、设计波浪计算,波浪概念复习：,3,4、设计波浪计算,海堤工程设计规范规定的设计标准,设计波浪标准包括重现期标准和波列累积频率标准波列累积频率计算计算步骤:（1）用上跨0法对不规则波的时间序列进行统计,4、设计波浪计算,4、设计波浪计算,波列累积频率计算（2）将波高Hi从大到小排序,共有大小不同的波高M个,计算每一波高出现的次数ni,计算波浪系列的平均波高（3）计算相对波高，即模比系数K。（4）适当的组距将系列分成若干组,计算每组上下限所对应的波高.（5）统计各统计各组波高的出现次数,这里统计的次数是每组内（6）将各组波高的出现次数除以总次数N，得到各组波高出现的区间频率（7）由于某一区间频率代表这区间中各种波高出现的总频率，假定区间内任何一个波高出现机会彼此相同，则代表着区间内各波高出现的频率。绘制概率密度曲线：以相对波高和平均频率为坐标。（8）绘制波高累积频率曲线。先推求波列中大于等于某一波高的累积频率。然后以累积频率和相对波高为坐标，绘制并拟合得到累积频率分布图。,4、设计波浪计算,波列累积频率计算,4、设计波浪计算,波列累积频率计算,深水区波高频率分布（Rayleigh分布)：即浅水区波高频率分布鲁霍夫斯基分布：即以此可以推算不同累积频率下的波高,4、设计波浪计算,波列累积频率计算,各种累积频率波高间的关系可根据海港水文规范中的图4.2.2-1和图4.2.2-2确定。,4、设计波浪计算,4、设计波浪计算,深水波高各频率之间关系,同时也要特别注意周期转换关系：,波浪重现期的推算正常推算资料：20年以上的波浪实测资料，分方向。方法：PIII型分布曲线拟合具体步骤：（1）收集处理数据，需要20年以上的资料，一般用分方向的某一累积频率的波高年最大系列进行频率分析。确定不同重现期的设计波浪，每个方向将此方向左右共22.5度角度内的波浪作为统计波高。统计的波高样本以某一方向的年最大值，用显著波高计算.（2）根据实测数据从大到小排列，计算经验累积频率P,4、设计波浪计算,4、设计波浪计算,表2-1-12为某观测站E方向23年波高最大值实例,4、设计波浪计算,4、设计波浪计算,PIII型频率曲线,当工程所在位置或其附近有完整一年或几年的短期波浪实测资料，且具有实测大波资料时，设计波浪可用全部观测次数不分方向的某一累积频率的波高按附录C02条计算，并应与其他方法计算的结果相互比较分析后确定。635当工程所在位置及其附近均无测波资料时，对于海湾和河Vl区域，设计波浪要素宜采用风速推算波浪的方法，按附录C03条和C04条确定；对于开敞式海岸，宜采用外海波浪资料，通过浅水变形计算确定，外海波浪要素可按JTJ213的相关方法计算。,4、设计波浪计算,波浪重现期的推算缺少实测资料A.当工程所在位置或其附近有完整一年或几年的短期波浪实测资料，且具有实测大波资料时，设计波浪可用全部观测次数不分方向的某一累积频率的波高按下式计算，并应与其他方法计算的结果相互比较分析后确定。,当工程所在位置或其附近有完整一年或几年的短期波浪实测资料，且具有实测大波资料时，设计波浪可用全部观测次数不分方向的某一累积频率的波高按附录C02条计算，并应与其他方法计算的结果相互比较分析后确定。635当工程所在位置及其附近均无测波资料时，对于海湾和河Vl区域，设计波浪要素宜采用风速推算波浪的方法，按附录C03条和C04条确定；对于开敞式海岸，宜采用外海波浪资料，通过浅水变形计算确定，外海波浪要素可按JTJ213的相关方法计算。,4、设计波浪计算,波浪重现期的推算缺少实测资料B.当工程所在位置及其附近均无测波资料时，对于海湾和河口区域，设计波浪要素宜采用风速推算波浪的方法，按计算风浪的风速、风向、风区长度、风时以及水域水深等参数的确定；对于开敞式海岸，宜采用外海波浪资料，通过浅水变形计算确定。,风速应采用水面以上10m高度处的l0min平均风速。风向应采用设计主风向，并应验算设计主风向左右22.5、45方位角的风浪要素。风区长度可采用由计算点逆风向到对岸的距离。从工程安全考虑，波浪要素计算中不考虑风时的影响，可按定常波计算。风区水深d可按风区内水域平均深度确定。,4、设计波浪计算,海港水文规范中由风计算波浪,深水浅水,4、设计波浪计算,波浪传播变形,波浪从深水传播到破碎点，波浪周期保持不变。波长和波浪相速度同步减小波浪群速度先增加后减小波浪从深水传播到浅水，在中等深度水深范围内波高略有减小，进入浅水区后则迅速增加。深水区群速度为相速度一半，浅水区群速度等于相速度。波浪从深水传播到浅水，波峰变尖，波谷变坦。浅水效应：波浪正向传入浅水区，由于水深递减，除波长、波速逐渐减小外，波高也会因为波能传播速度的变化而变化。水深减小而引起的波高变化，称为浅水效应。波浪折射：波浪进入浅水后，波速和波长随水深变浅而减小。当波浪与水下等深线成斜向传播时，水深较大处的波浪传播速度快于浅水处的波浪传播速度，使波浪的传播方向逐渐发生变化，最终趋向与海岸线垂直。这一现象称为波浪折射。,4、设计波浪计算,波浪传播变形,4、设计波浪计算,近岸浅水区波浪变形计算，宜采用数值计算方法进行波浪浅水变形、折射、绕射计算。浅水变形,波浪传播变形,4、设计波浪计算,近岸浅水区波浪变形计算，宜采用数值计算方法进行波浪浅水变形、折射、绕射计算。浅水变形,折射系数,4、设计波浪计算,4、设计波浪计算,反射和透射,绕射,波浪浅水变形计算应算至海堤堤前1/2波长处,波浪破碎,碎/激浪带,破浪带,冲浪带,4、设计波浪计算,4、设计波浪计算,规则波在浅水中发生破碎,不规则波在浅水中发生破碎0.88,缓坡i1/140时候，破波数,4、设计波浪计算,设计波浪计算实际应用案例,规划中的广东茂名博贺新港规划图,4、设计波浪计算,设计波浪计算实际应用案例,风浪模型的建立,平均水位下重现期50年一遇EESE、SSSW向H13%波矢量,4、设计波浪计算,设计波浪计算实际应用案例,风浪模型的验证,平均水位下-20m等深线处的设计波高资料与模型计算有效波高对比表,4、设计波浪计算,设计波浪计算实际应用案例,4、设计波浪计算,海堤设计需要的设计波浪计算实例,堤线布置应遵循以下主要原则：堤线布置应服从治导线或规划岸线的要求。堤线走向宜选取对防浪有利的方向，避开强风和波浪的正面袭击。堤线布置宜利用已有旧堤线和有利地形，选择工程地质条件较好、滩面冲淤稳定的地基，避开古河道、古冲沟和尚未稳定的潮流沟等地层复杂的地段。堤线布置应与人海河道的摆动范围及备用流路统一规划布局，避免影响人海河道、人海流路的管理使用。堤线宜平滑顺直，避免曲折转点过多，转折段连接应平顺。迎浪向不宜布置成凹向，无法避免时，凹角应大于l50。堤线布置与城区景观、道路等结