海岸工程海岸防护工程

海岸工程(I）河海大学港口航道专业海岸及海洋工程研究所本次课时需掌握内容海堤设计要素的确定，具体包括：1、海堤设计标准2、设计潮位的确定3、设计波要素的确定专业基础：工程水文学第二章海岸防护工程海岸防护工程：一种护岸工程,保护沿海滩地,抵御风浪、沿岸流和潮流对岸滩的冲刷和侵蚀，以及风暴潮对田地的泛滥和淹没。具体包括：海堤、护岸、保滩等工程第一节海堤(seadyke,dikeseawall)定义：沿海岸修建的一种挡潮防浪，防止田地被淹没的堤防、是海岸防护工程的主要设施。海堤设计需要解决的三个问题：1、水文动力要素的确定2、结构的确定3、地基的处理第二章海岸防护工程一、海堤的规划与布置海堤规划与布置原则：1、统一规划、综合利用2、注意生态环境3、多方案比选4、堤轴线避免过多曲折5、海堤设计标准按实际用途和当地地质情况合理确定第二章海岸防护工程二、海堤设计标准1、海堤设计标准：海堤能够安全承受和防御的，并据以进行海堤设计的潮、浪组合标准。2、设计标准确定依据：首先根据其保护对象的重要性和被保护的人口或土地面积,将海堤划分为不同的等级,按不同等级规定相应的防御标准,然后计算确定由该防御标准所决定的一定累积频率和重现期下的潮位和波浪值.（参考：潮位可参考堤防工程设计规范、防洪标准；波浪可参考海港水文规范以及地方相关规范）3、海堤设计标准现状：目前尚无统一的海堤设计标准第二章海岸防护工程早期确定海堤设计标准方法：各地标准不尽相同，但都是以一定的特征潮位和台风风级的组合来反映防御标准。主要：广东省标准、福建省标准、上海市标准、江苏省标准等实例:上海1975年标准:历史高潮位和11级台风.早期确定海堤设计标准及其缺陷：A、风---------------------------间接反映波浪

用风级来反映波浪的大小,是一种间接确定风浪要素的方法,同直接利用波浪观测资料进行分析相比较,误差比较大,且各地的标准中对风情尚不够明确,缺乏必要的换算和修正.B、历史最高潮位------------无频率概念，有任意性和随机性

无明确的频率概念,不同地点的历史高潮位所代表的重现期相差很大,带有比较大的任意性和随机性.笼统地利用历史最高潮位作为设计标准是不合理的.C、资料的可靠性------------资料受当地条件和分析方法制约。

历史高潮位和最高潮位有的是通过调查得到,其可靠性往往受到当地的具体条件和调查分析方法影响.第二章海岸防护工程70年代以后海堤设计标准采用年频率方法：潮位：采用年频率统计法，确定不同重现期的高潮位，需要20年以上的潮位资料。波浪：设计波浪的重现期——————长期标准

某一特定波列的波浪多少年出现一次,代表波浪要素的长期统计分布规律.设计波浪的波列累积频率——---短期标准

某一波要素在实际海面上不规则波列中的出现概率,代表的是短期的统计规律.第二章海岸防护工程上世纪80年代末和90年代浙江省：《浙江省海塘工程技术规定（试行）》共分成四个等级,各级所对应的潮位和波浪的设计重现期:I级----50~100年,II级---20~50年,III级---10~20年,IV级----10年福建省：《围垦工程设计技术规范》1992年颁布对工程进行等级划分,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等三种不同等级的建筑物级别.级别潮位重现期风速重现期波浪爬高累计率安全超高3100~505020.7450~303050.5530~2010130.3上海市：80年代末提出百年一遇加11级台风作为设计标准第二章海岸防护工程重现期标准：反映海堤的使用年限和重要性累积频率标准：反映潮位或波浪对不同类型海堤或不同部位作用的不同性质举例：不同部件，不同结构对波浪敏感性不一样，视设计构件取不同标准。重要海堤---潮位和波浪都采用比较长的重现期;直立式海堤---对波浪特别敏感斜坡式海堤---容易修复

第二章海岸岸防护工程海堤设计标准准其它考虑因因素：A、考虑几年年后海堤所处处环境的改变变。举例：蛇口海海域的淤积B、不同海堤堤的材料组成成。举例：长江口口不同的海堤堤形式土堤和石堤C、设计波浪浪作用于海堤堤上的延续时时间不同，应应对应不同的的标准。举例:是否允允许越浪,怎怎么考虑.块石稳定模型型实验要累积积模拟2~3小时的风暴暴作用时间.设计波浪的作作用延续时间间反映波浪的的可能越顶的的时间长短和和越浪量，———采用不同同的波列累积频率率反映设计标准准的不同第二章海岸岸防护工程浙江省海塘工工程技术规定定建议的波列列累积频率标标准表见书本海港水文规范范的规定第二章海岸岸防护工程三、设计潮位计计算1、设计高潮潮位的推算设计高潮位由由年最高潮位位频率计算法法确定概念：重现期T=100%/PT是重现期;P是大于或或等于某一潮潮位值出现的的频率重现期50年年一遇的含义义不能混淆.!!!!安全率假定海堤的设设计使用年限限为N年,则则在使用年限限内出现的潮潮位都小于H50的几几率为F=(1-P%)N可能出现的概概率:q=1-(1-P%)N50年内出现现50年一遇遇的潮位其安安全率为36.4%,危险率的为为63.6%资料要求：根据港口水文文规范，最高高潮位频率需需要20年以以上的连续年年最高潮位资资料计算方法：A、极值I型型分布（耿贝贝尔分布）B、PIII型分布(主要应用在受受潮汐影响的的河口地区)第二章海岸岸防护工程极值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、与不同年年频率P（%）对应的高高潮位hp,D、实际测量量的经验频率率点2、资料中有有特大值时设设计高潮位的的推算法把n年的资料料放大至N年年的资料，计计算其平均值值、均方差以以及与年频率率P（%）对对应的高潮位位hpA、高潮位平平均值B、年高潮位位均方差C、与不同年年频率P（%）对应的高高潮位hp,D、实际测量量的经验频率率点第二章海岸岸防护工程3、资料短缺缺情况下设计计高潮位的推推算方法：“极值同步差差比法”求设设计高潮位资料要求：A、当地5年潮位位资料和邻近近水域20年年以上潮位资资料.条件：邻邻近点与工程程点之间应到到满足潮汐性性质相似、地地理位置相近近、受河流径径流影响相似似和受增减水水影响条件相相同。原理：假定两两地相同重现现期的设计高高潮位与平均均海平面的差差值同两地的的年最高潮位位平均值与平平均海平面的的差值成正比比h表示设计计高潮位，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为为已已知点，y为为未知点。另外一种简单单方法是已知知点与待定点点作相关分析析相关系数B、短期观测1个个月应该在该地点点与邻近有长长期资料的地地区进行同步步的短期测量量，然后也可可以推求待定定点的设计高高潮位:1、利用同步观测测的一个月资资料，分别求求出两地在这这一个月中潮潮差较大的时时段里的短期期平均海平面面。2、利用这一个月月的潮位资料料分别绘制两两地的潮位过过程线，并且且将起平均海海平面迭和，，且使两过程程的高潮和低低潮尽量一致致，比较两者者潮型是否相相似。3、两地潮型相似似,潮位不同同是由于两地潮差不不同引起.假假定相同重现现期的设计高高潮位与平均均海平面的差差值同两地的的年最高潮位位平均值与平平均海平面的的差值成正比比等号右边代表表的是两地潮潮差比的平均均值4、假定两地短期期平均海平面面与多年平均均海平面之差差值相同.5、待定点的不同同重现期的潮潮位Ax为已知点处的的多年平均海海面;hx为已知点处某某重现期的年年设计高潮位位,下标Y为为待定点.四、设计波浪计计算设计波高的确确定设计波高对应应下波周期确确定第二章海岸岸防护工程四、设计计波浪浪计算算1、波波列累累积频频率计计算(反映映十几几分钟钟的波波浪资资料统统计分分析,包括括波高高\周周期累累计频频率)计算步步骤:(1)根据固固定位位置测测波仪仪实测测的波波浪资资料,按上上跨零零点法法连续续100~150个个波的的波高高值.在任一一个波波浪系系列中中,波波高是是波面面垂直直唯一一大小小这一一随随机时时间中中的随随机变变量.取样样本的的时候候,应应该要要取一一次风风浪处处于定定常状状态过过程中中的波波高(2)将波波高Hi从大到到小排排序,共有有大小小不同同的波波高M个,计算算每一一波高高出现现的次次数ni,计算算波浪浪系列列的平平均波波高N为系系列中中所有有波高高总数数(3)计算算相对对波高高即即模模比系系数K(4)一一适当当的组组距将将系列列分成成若干干组,计算算每组组上下下限所所对应应的波波高.(5)统统计各各统计计各组组波高高的出出现次次数,这里里统计计的次次数是是每组组内(6)将各各组波波高的的出现现次数数除以以总次次数N，得得到各各组波波高出出现的的区间间频率率(7)由由于某某一区区间频频率代代表这这区间间中各各种波波高出出现的的总频频率，，假定定区间间内任任何一一个波波高出出现机机会彼彼此相相同，，则代代表表着区区间内内各波波高出出现的的频率率。绘制概概率密密度曲曲线：：以相相对波波高和和平均均频率率为为坐坐标。。(8)绘制制波高高累积积频率率曲线线。先先推求求波列列中大大于等等于某某一波波高的的累积积频率率。。然后后以累累积频频率和和相对对波高高为坐坐标，，绘制制并拟拟合得得到累累积频频率分分布图图。深水区区波高高频率率分布布（Rayleigh分分布)：即浅水区区波高高频率率分布布鲁霍霍夫斯斯基分分布：：即以此可可以推推算不不同累累积频频率下下的波波高波浪重重现期期的推推算2、设设计重重现期期的推推算资