海岸工程2海岸防护工程ppt（30页）

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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, dike seawall),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-50100年,II级-2050年,III级-1020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,3 10050 50 2 0.7,4 5030 30 5 0.5,5 3020 10 13 0.3,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 海岸防护工程,海堤设计标准其它考虑因素：,A、考虑几年后海堤所处环境的改变。,举例：蛇口海域的淤积,B、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,C、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23小时的风暴作用时间.,设计波浪的作用延续时间反映波浪的可能越顶的时间长短和越浪量，采用不同的,波列累积频率,反映设计标准的不同,第二章 海岸防护工程,浙江省海塘工程技术规定建议的波列累积频率标准表,见书本,海港水文规范的规定,第二章 海岸防护工程,三,、设计潮位计算,1、设计高潮位的推算,设计高潮位由年最高潮位频率计算法确定,概念：,重现期,T=100%/P,T是重现期;P是大于或等于某一潮位值出现的频率,重现期50年一遇的含义不能混淆.!,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 的几率为,F=(1-P%),N,可能出现的概率:,q=1-(1-P%),N,50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%,资料要求：,根据港口水文规范，最高潮位频率需要20年以上的连续年最高潮位资料,计算方法：,A、极值I型分布（耿贝尔分布）,B、PIII型分布(,主要应用在受潮汐影响的河口地区),第二章 海岸防护工程,极值I型分布:,A、n年高潮位平均值,B、年高潮位均方差,C、与不同年频率P（%）对应的高潮位h,p,D、实际测量的经验频率点,2、资料中有特大值时设计高潮位的推算法,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h,p,A、高潮位平均值,B、年高潮位均方差,C、与不同年频率P（%）对应的高潮位h,p,D、实际测量的经验频率点,第二章 海岸防护工程,3、资料短缺情况下设计高潮位的推算,方法：,“极值同步差比法”求设计高潮位,资料要求：A、,当地5年潮位资料和邻近水域20年以上潮位资料.,条件： 邻近点与工程点之间应到满足潮汐性质相似、地理位置相近、受河流径流影响相似和受增减水影响条件相同。,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,h表示 设计高潮位，A表示多年平均海平面，R表示同期各年的年最高潮位平均值和平均海平面的差值，x为为已知点，y为未知点。,另外一种简单方法是已知点与待定点作相关分析,相关系数,B、,短期观测1个月,应该在该地点与邻近有长期资料的地区进行同步的短期测量，然后也可以推求待定点的设计高潮位:,1,、,利用同步观测的一个月资料，分别求出两地在这一个月中潮差较大的时段里的短期平均海平面。,2,、,利用这一个月的潮位资料分别绘制两地的潮位过程线，并且将起平均海平面迭和，且使两过程的高潮和低潮尽量一致，比较两者潮型是否相似。,3,、,两地潮型相似,潮位不同,是由,于两地潮差不同引起.假定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,等号右边代表的是两地潮差比的平均值,4,、,假定两地短期平均海平面与多年平均海平面之差值相同.,5,、,待定点的不同重现期的潮位,A,x,为已知点处的多年平均海面;h,x,为已知点处某重现期的年设计高潮位,下标Y为待定点.,四,、设计波浪计算,设计波高的确定,设计波高对应下波周期确定,第二章 海岸防护工程,四,、设计波浪计算,1、波列累积频率计算,(反映十几分钟的波浪资料统计分析,包括波高周期累计频率),计算步骤:,(1),根据固定位置测波仪实测的波浪资料,按上跨零点法连续100150个波的波高值.,在任一个波浪系列中,波高是波面垂直唯一大小这一 随机时间中的随机变量.取样本的时候,应该要取一次风浪处于定常状态过程中的波高,(2)将波高H,i,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n,i,计算波浪系列的平均波高,N为系列中所有波高总数,(3)计算相对波高 即模比系数K,(4) 一适当的组距 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。,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,波浪重现期的推算,2、设计重现期的推算,资料： 20年以上的波浪实测资料，分方向。,方法：PIII型分布,具体步骤：,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.,根据实测数据从大到小排列，计算经验累积频率P,(3)利用PIII曲线拟合,:,A、n年最大波高平均值,B、n个波高H,i,均方差,相对于平均波高的均方差称为离差系数,C、偏态系数,D、PIII曲线的累积平率函数和分布函数：,其中,计算累积频率,E、绘制波高累积频率图,