海岸工程第二课

主讲人：孟艳秋、童朝锋二〇一六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。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、保滩等工程瓯江口海堤扭王块海堤茂名新港海堤格栅式海堤干砌块石海堤四角空心方块海堤块石护岸半圆型防浪墙浆砌块石护岸浆砌块石护岸状元岙港口护岸台湾东海岸天然石头护岸条石直立式护岸混凝土板护岸土工布装砂第一节海堤(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，也叫海塘。海堤设计一般步骤：确定海堤标准和等级水文、地形、基础和社会基本资料堤线布置和堤型选择设计水文要素确定：设计水位、设计波高稳定沉降计算堤基处理堤身设计施工设计海堤设计标准：主要包括潮位和波浪的确定，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。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,确定海堤的防潮（洪）标准，根据其防潮（洪）标准规定确定其不同的等级；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；具体依据的规范包括：海堤工程设计规范，堤防工程设计规范，浙江省海塘工程技术规定，广东省海堤工程设计导则，福建省围垦工程设计技术规程。1、海堤设计标准海堤设计标准历史演变过程：早期（80年以前）确定海堤设计标准，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。实例:•上海1975年标准:历史高潮位和11级台风.•江苏早期标准:历史高潮位和10级台风.•广东1968年标准:暴潮水位和8（3级）、9（2级）、10（1级）台风.•福建1964年标准:历史高潮位和9（4级）、10（3级）、11（2级）、12级（1级）台风.1、海堤设计标准早期（80年以前）确定海堤设计标准缺陷：•A、风----------------------只能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，有一定的任意性和随机性，缺少代表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.1、海堤设计标准采用重现期和累积频率（80年以后）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——————长期标准设计波浪的波列累积频率——--短期标准实例:•《浙江省海塘工程技术规定（试行）》1989•《福建省围垦工程设计技术规程》19921、海堤设计标准设计标准意义：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，宜采用高累积频率1、海堤设计标准设计标准还需要考虑的其他问题：考虑几年后海堤所处环境的改变。举例：蛇口海域的淤积不同海堤的材料组成。举例：长江口不同的海堤形式土堤和石堤设计波浪作用于海堤上的延续时间不同，应对应不同的标准。举例:是否允许越浪,怎么考虑.块石稳定模型实验要累积模拟2~3小时的风暴作用时间.1、海堤设计标准主要采用的设计标准：《海堤工程设计规范》2008：海堤工程防潮(洪)标准应根据防护对象的规模和重要性确定，海堤工程的级别应根据其防潮(洪)标准按表确定。1、海堤设计标准必要时进行技术经济论证，对于海堤受损后，损失巨大可以提高等级主要采用的设计标准：《堤防工程设计规范》2013按照国家标准《防洪标准》GB50201的规定执行。海堤工程防潮(洪)标准应根据防护对象的防洪标准和经审批的流域防洪规划、区域防洪规划综合研究确定，同时满足：堤防工程的级别应根据其防潮(洪)标准按表确定。1、海堤设计标准对于堤受损后，损失巨大可以提高等级主要采用的设计标准：《浙江省海塘工程技术规定》19991、海堤设计标准《广东省海堤工程设计导则》2005气象与水文气温、风况、降水、水位、流量、流速、泥沙、潮汐、波浪和冰情等气象、水文资料。海堤工程设计应具备与工程有关河口或海岸地区的水系、水域分布、河口或岸滩演变和冲淤变化等资料。社会经济海堤工程防护区的社会经济资料。工程地形地形测量资料。工程地质地质勘察。2、设计基本资料潮位影响因素：潮汐，风暴潮，径流量潮汐海水在天体引潮力的作用下所产生的周期性运动。习惯上将海水铅直向涨落称潮汐，而海水在平方向的流动称潮流。3、设计潮位计算•高潮：潮汐升降的一个周期中，海面升至最高时称为高潮；•低潮：海面降至最低时称为低潮。•潮差：相邻高潮与低潮的水位高度差称为潮差。•平潮和停潮潮汐大潮和小潮。3、设计潮位计算潮汐类型3、设计潮位计算半日潮日潮混合潮风暴潮洪水3、设计潮位计算海堤工程设计高潮位潮位（水位）海港工程中的设计潮位包括：设计高水位、设计低水位；极端高水位和极端低水位。海港工程中的设计高、低潮位标准资料年限应有多年或至少完整一年逐日每小时的实测潮位资料。设计潮位的推算方法设计潮位的推算采用绘制高潮或低潮累积频率曲线定义：设计潮位是指水工建筑物在正常使用条件下的潮位（水位）。3、设计潮位计算海港工程高潮或低潮累积频率统计步骤：（1）从潮位资料中摘取各次的高潮或低潮位值，统计其在不同潮位极内的出现次数，潮位级的划分采用10cm为一级；（2）由高至低逐级进行累积出现次数的统计；（3）各潮位级的累积频率为年或多年的高潮或低潮总潮次除各潮位级相应的累积出现次数。（4）在方格纸上以纵坐标表示潮位，以横坐标表示累积频率，将各累积频率值点于相应潮位级下限处，连绘成高潮或低潮累积频率曲线，然后在曲线上摘取高潮10%或低潮90%的潮位值。海堤工程设计高潮位潮位（水位）海港工程极端高水位和极端低水位标准资料年限为了确定极端高、低水位，在应用频率分析方法进行统计分析时，要求应具有不少于20年的年最高、最低潮位实测资料，并须调查历史上出现的特殊水位。极端潮位的推算方法（1）极值I型分布（耿贝尔分布）（2）PIII型分布(主要应用在受径流影响的潮汐河口地区)海堤工程设计高潮位潮位（水位）与海港工程中的极端高水位推算一致！！！！！！3、设计潮位计算海堤工程设计高潮位潮位（水位）计算——A.年频率分析法资料收集应用频率分析方法进行统计分析时，要求应具有不少于20年的年最高实测资料，并须调查历史上出现的特殊水位。年频率分析法——极值I型频率分析①n年最高潮位平均值：②n年最高潮位均方差：③对应不同年频率P（%）对应的高潮位hp：为年频率P及资料年数有关的系数，由耿贝尔分布函数求得，一般利用《海堤工程设计规范》，《海港水文规范》中的表直接查得。④实际测量的经验频率点：⑤绘制出设计高潮位的理论频率曲线，同时绘上频率点3、设计潮位计算极值I型分布的分布函数：超过概率的设计值公式：可以采用矩法、线性矩法，最小二乘法确定u和3、设计潮位计算PIII曲线的累积频率函数和分布函数：其中PIII型曲线性质海堤工程设计高潮位潮位（水位）计算——A.年频率分析法两个基本概念注意：重现期：T=100/PT是重现期;P是大于或等于某一潮位值出现的频率安全率：假定海堤的设计使用年限为N年,则在使用年限内出现的潮位都小于H50的机率为：F=(1-P%)N可能出现的概率:q=1-(1-P%)N50年内出现50年一遇的潮位其安全率为36.4%,危险率的为63.6%3、设计潮位计算设计高潮位潮位（水位）计算——资料中有特大值时设计高潮位的推算法极值I型频率分析_把n年的资料放大至N年的资料，计算其平均值、均方差以及与年频率P（%）对应的高潮位hp①N年最高潮位平均值：②N年最高潮位均方差：③对应不同年频率P（%）对应的高潮位hp：④实际测量的经验频率点：⑤绘制出设计高潮位的理论频率曲线，同时绘上频率点3、设计潮位计算设计高潮位潮位（水位）计算——资料中有特大值时设计高潮位的推算法年频率分析法——PIII型分布(主要应用在受径流影响的潮汐河口地区)①N年最高潮位平均值：②N年最高潮位离差系数：③偏态系数④对应不同年频率P（%）对应的高潮位hp：⑤实际测量的经验频率点：⑥绘制出设计高潮位的理论频率曲线，同时绘上频率点3、设计潮位计算3、设计潮位计算设计高潮位潮位（水位）计算——资料短缺情况下设计高潮位的推算A、当地5年潮位资料和邻近水域20年以上潮位资料方法：“极值同步差比法”求设计高潮位原理：假定两地相同重现期的设计高潮位与平均海平面的差值同两地的年最高潮位平均值与平均海平面的差值成正比。条件：待求站和长期站之间应到满足①潮汐性质相似，②地理位置相近，③受河流径流影响相似，④受增减水影响条件相同。3、设计潮位计算设计高潮位潮位（水位）计算——资料短缺情况下设计高潮位的推算B、具有连续3个月以上、包含有增水的短期潮(水)位观测资料，当不宜采用极值同步差比法计算，且待求站与邻近长期站的潮(水)位性质相似时，经过分析论证，可采用相关分析的方法确定待求站的设计潮(水)位。方法：相关分析的方法条件：同AC、对于重要海堤工程，当缺乏实测潮(水)位观测资料时，应设立临时潮(水)位观测站，观测周期不应少于1年。3、设计潮位计算设计高潮位潮位（水位）确定1级～3级海堤工程的设计潮(水)位，还应对设计潮(水)位作分析研究。①人类活动影响大或河床冲淤变化大的地区。②洪潮作用复杂、潮(水)位受地形影响大的地区。③风暴潮危害严重的地区。4级和5级海堤工程的设计潮(水)位，可根据海堤所在位置，由临近潮(水)位测站设计潮(水)位结果内插确定。位于河口区的海堤工程，应将潮(水)位频率分析计算结果与设计洪(潮)水面线分析计算结果进行比较，选取较高值作为设计潮(水)位值。