海岸工程内容回顾课件

1、1海岸工程内容回顾 海岸工程 海岸工程：为了海岸防护、海岸带资源开发和 空间利用所采取的各种工程设施。 主要包括：海岸防护工程、海港工程、河口治 理工程、海上疏浚工程、围海工程等等。 2海岸工程内容回顾 港口 港口是具有水陆联运设备和条件，供船舶安全进港口是具有水陆联运设备和条件，供船舶安全进 出和停泊，是水陆交通的集结点和运输枢纽出和停泊，是水陆交通的集结点和运输枢纽。 3海岸工程内容回顾 港口分类 按所处位置分，有河口港、海港和河港等。按所处位置分，有河口港、海港和河港等。 河口港：河口港：位于河流入海口或受潮汐影响的河口位于河流入海口或受潮汐影响的河口 段内，如鹿特丹港、伦敦港、上海港等

2、。段内，如鹿特丹港、伦敦港、上海港等。 海海 港：港：位于海岸、海湾或泻湖内，也有离开位于海岸、海湾或泻湖内，也有离开 海岸建在深水海面上的，如香港、大连港等。海岸建在深水海面上的，如香港、大连港等。 河河 港：港：位于天然河流或人工运河上的港口，位于天然河流或人工运河上的港口， 包括湖泊港和水库港。包括湖泊港和水库港。 4海岸工程内容回顾 全球前全球前1515名中，有名中，有1212个亚洲港口，个亚洲港口，3 3个欧洲港口。个欧洲港口。 5海岸工程内容回顾 河流与港口的关系 在各类港口中在各类港口中, ,发展最好的就是河口港发展最好的就是河口港, ,因为河因为河 口处水陆交通便利口处水陆交通

3、便利, ,内河水道往往深入内地广阔的内河水道往往深入内地广阔的 经济腹地经济腹地, ,承担大量的货流量承担大量的货流量, ,故世界上许多大港都故世界上许多大港都 建在河口附近建在河口附近, ,如鹿特丹港、伦敦港、上海港等。如鹿特丹港、伦敦港、上海港等。 河口港的特点是河口港的特点是, ,码头设施沿河岸布置码头设施沿河岸布置, ,离海不离海不 远而又不需建防波堤远而又不需建防波堤, ,投资省投资省, ,效益高效益高. . 所以一般水运条件好的河流都会孕育出大城市所以一般水运条件好的河流都会孕育出大城市, , 比如说我国的长江、珠江比如说我国的长江、珠江. . 6海岸工程内容回顾 海岸线、海岸带与

4、海岸 海岸线：海洋与陆地是地球表面的两个基本单 元，它们之间被一条明显的界限分开，这条海 与陆相交会的界线就是海岸线，通常指海岸与 大潮平均高潮面的交线。 7海岸工程内容回顾 海岸带 在波浪、潮汐、海面波动、地壳运动和气候变 化等动力因素综合的作用下，海岸线的两侧具 有一定宽度的条形地带不断发生变化不断发生变化，这个地 带称为海岸带。 包括：潮上带、潮间带、潮下带、河口、港湾、 海涂。 8海岸工程内容回顾 海岸 海岸：现在海陆之间正在相互作用着和过去曾 经相互作用过的地带。 海岸包括：后滨、后滩、前滨、滩面、外滨、 滨面。 海滨是与海直接接触的一狭条地带，介于海岸 线与低潮海滨线之间，未固结的

5、沉积物所组成 的海滨。 9海岸工程内容回顾 海岸类型 海岸：海陆交汇的地带，内、外营力作用明显 的场所。 主要分为：基岩海岸、砂（砾）质海岸、淤泥 质海岸、生物海岸。 10海岸工程内容回顾 基岩海岸：又称港湾海岸，主要由地质构造活 动及波浪作用所形成。其特征为地势陡峭，岸 线曲折，水深流急。 11海岸工程内容回顾 砂（砾）质海岸，又称堆积海岸，由平原的堆积物 质被搬运到海岸边，又经波浪或风改造堆积而成。 其特征为：组成物质以松散的砂（砾）为主，岸滩 较窄而坡度较陡。 12海岸工程内容回顾 淤泥质海岸，又称平原海岸，主要由河流携带 入海的大量细颗粒泥沙在潮流与波浪作用下输 运、沉积而成。其特征为

6、：岸滩物质组成多属 粘土、粉砂等；岸线平直，地势平坦。 13海岸工程内容回顾 生物海岸包括珊瑚礁海岸和红树林海岸。前者 由热带造礁珊瑚虫遗骸聚积而成；后者由红树 科植物与淤泥质潮滩组合而成。生物海岸只出 现在热带与亚热带地区。 14海岸工程内容回顾 海岸环境特征 海岸是海洋与陆地的衔接地带，是自然界水圈、 岩石圈、大气圈与生物圈相互作用最频繁、最 活跃、最剧烈的地方。 是具有不断变化的生物、化学及地质特征的动 态区域，遭受自然灾害最严重的地带。 它同时兼有海、陆两种不同属性的环境特征。 15海岸工程内容回顾 （1）河流影响显著 河流入海泥沙是近海沉积和岸滩堆积、推进的 主要物质来源。大量泥沙沉

7、积在河口三角洲地 区，再加上河流入海口的变迁以及波浪、潮流 等动力因素的作用，促使三角洲地区海岸线发 生巨大的变化。 16海岸工程内容回顾 （2）波浪作用显著 当波浪冲击海岸时，造成岸滩的侵蚀与后退， 砂（砾）质海岸尤为严重。 我国大区段的海岸侵蚀现状是长江口以北相对 较南方为重。前者主要由于沿海供沙量减少经 浪的作用造成；后者主要因强潮、台风浪以及 风暴潮的作用造成的。 17海岸工程内容回顾 （3）潮汐作用 在无潮海或潮差很小的弱潮海区，海岸所受波 浪的冲蚀作用范围，取决于本地区的波浪尺度； 在有潮海或潮差大的强潮海区，潮位的变化幅 度拓宽了波浪对海岸的冲蚀范围。 18海岸工程内容回顾 风暴

8、潮 由热带气旋或温带气旋行近大洋边缘的大陆架 浅水海域沿岸所导致的潮位异常升降运动。 风暴增水与当地天文大潮的高潮相遇时，潮位 暴涨使海塘溃决，海水漫侵，港口作业瘫痪， 同时伴有狂风、巨浪、暴雨等多重效应。 19海岸工程内容回顾 寒潮与海冰 寒潮 由于冷空气的入侵，使气温在24小时内剧 降10以上，而且在这一天内最低温度又在 5以下，称为寒潮。在长江中下游地区，强 冷空气南下，造成48小时内气温下降10以上， 也称为寒潮。 20海岸工程内容回顾 寒潮的特点 特点：在寒潮和强冷气的前锋到来后，往往出 现6-8级偏北大风，阵风在10级以上，并伴有 雨、雷、冻雨或冰冻。 寒潮大风所引起的风暴潮对港口

9、、航道以及海 堤均构成一定的威胁。 21海岸工程内容回顾 海冰 由于受强冷空气或寒潮侵袭，使气温急剧下降15- 20，导致渤海及黄海北部沿岸不同程度的海水结 冰现象。 我国海冰灾害主要发生在渤海。 22海岸工程内容回顾 地震与海啸 地震以及由于地震引起的海啸造成的危害，对太 平洋及地中海沿岸许多国家，尤其是这些地区的 经济建设和生命财产具有严重的威胁。 地震与地震海啸时是地壳最新构造运动的表现形 式之一，分布于新生代以来的造山带或活动构造 带。 23海岸工程内容回顾 地震 世界上广泛采用里氏震级M来表示地震的大小，目 前地震烈度是由人为判定的。 中国海岸带处于西太平洋地震带范围，地震频率高、

10、震级大。 24海岸工程内容回顾 海啸 海啸是由海底地震、海底或海岛火山爆发、海岭 崩塌或滑坡引起海水振动而形成的巨浪。 分为远洋（越洋）海啸和近海（本地）海啸；前 者可使远隔重洋的彼岸沿海遭受其危害，后者生 成源地与其造成的危害同处于一地，无法预警， 危害更为严重。 25海岸工程内容回顾 海岸防护工程 定义：海岸防护工程是指为了海岸防护的目的， 建筑不同类型的海岸建筑物或采取其他海岸防 护措施。 功能：主要是防止海滩侵蚀、稳定海岸线、对海滨 的后滨部分或填筑陆域提供保护以及保护生命和社 会财产安全的最基本防卫措施。 26海岸工程内容回顾 主要建筑物：丁坝、离岸堤、护岸和海堤等海 岸建筑物，以及

11、人工海滩补沙措施。 27海岸工程内容回顾 我国沿海还有不少岸段的海岸防护工程是由丁 坝与顺坝亦即离岸堤组成，也有由若干个丁坝 群构成，或由若干个不连续的离岸堤构成。 28海岸工程内容回顾 丁坝群只是阶段或减少沿岸输沙，从而达到减 少本地区的海岸冲蚀；但由于搬运泥沙的动力 条件波浪与潮流没有改变，亦即沿岸输沙 能力未改变，所以本地区改善的结果将导致其 下游区段的海岸冲蚀。 沿岸不连续的离岸堤或称岛堤可起到防浪作用， 使其堤内的沿岸流大大减弱。 29海岸工程内容回顾 海港工程 为沿海兴建水陆交通枢纽海港所建筑的各 种工程设施，包括码头、防波堤、修造船建筑 物、陆上装卸、仓储、运输设施和港池，进港

12、航道及其导航设施等。 30海岸工程内容回顾 河口治理工程 根据排洪、航运、灌溉、围垦等需要，采取整 治、疏浚和其它措施改造河口入海段的工程。 治导建筑物：导堤、丁坝、顺坝、 潜堤 疏浚机一般是采用自航耙吸式挖泥船 31海岸工程内容回顾 海上疏浚工程 用挖泥船和其它疏浚机进行海上的开挖、吹填和采 掘工作。通常用于河口航道疏浚、港口疏浚、海堤 和海滩吹填都是海岸工程和近海工程的重要技术措 施之一。 海上开挖作业：运河、河口航道、港口航道和泊地 的开挖、浚深和维护，各种海工建筑物基坑、海底 输油管线或电缆沟的开挖。 采掘作业：清除污染物质，改良海底土质以及采集 海底矿产、建筑用砂等。 32海岸工程内

13、容回顾 围海工程 在沿海修筑海堤围割部分海域的工程建设，以挡 潮防浪、控制围区水位、满足农垦、制盐、蓄淡、 养殖、工业用地及发电、航运等要求。 分类：顺岸围垦、海湾围垦、河口围垦 主要建筑物：海堤、水闸等 海堤海堤 水闸水闸33海岸工程内容回顾 丁坝 是与堤岸相接，呈“T”字形延伸向海的保护 堤岸水土的建筑物。 丁坝分三部分 34海岸工程内容回顾 离岸堤 在海岸线外一定距离的海域中建造大致与岸线 相平行的防波堤，在海港工程中称为岛式防波 堤；而在海岸防护工程中称为离岸式防波堤， 简称离岸堤。 通常，岛式防波堤建于较深的海域，以使其后 侧有足够的港口水域面积；而离岸堤则建于离 海岸线较近的浅水海

14、域，以形成对海滩的有效 保护。 35海岸工程内容回顾 离岸堤可为单堤，也可布置为间断的形式，即 每两道短堤间有一口门。 口门宽度要根据岸线变形条件、水深条件、波 浪条件（波高、波周期、波向）与海滩状况 （泥沙粒径、海滩坡度）等条件来设计。 36海岸工程内容回顾 离岸堤后的淤积形态 波浪经离岸堤绕射后，在离岸堤与岸线间 掩护区内波高减小，沿岸输沙能力也随之 减弱。自上游侧输入的泥沙将在离岸堤后 沉积下来，使该处的岸线逐渐形成突出的 沙嘴。 37海岸工程内容回顾 随着沙嘴的发育，其作用将与丁坝相似，造 成其上游侧岸滩的淤积。当离岸堤的长度相 对其离岸距离足够大时，沙嘴将发展成为与 堤相连的连岛沙坝

15、。 38海岸工程内容回顾 护岸和海堤 护岸或海堤是建造在海滩较高部位用来分 界海滨陆域与海域的建筑物，它的走向一 般大致与海岸线平行。 以挡土为主以挡土为主 的建筑物称的建筑物称 为护岸，主为护岸，主 要指河道两要指河道两 侧的建筑侧的建筑 保护陆域及保护陆域及 陆上建筑物陆上建筑物 免遭海水浸免遭海水浸 淹和海浪破淹和海浪破 坏为目的的坏为目的的 建筑物称为建筑物称为 海堤海堤 根据功能划分根据功能划分 39海岸工程内容回顾 护岸和海堤只能保护其后侧的海岸陆地，对于其 前方的海滩并不能起到防止或减弱侵蚀的作用， 甚至还会使前方的海滩侵蚀加剧。 现在提倡建设生态型护岸，集防洪效应、生态效 应、

16、景观效应和自净效应于一体。 40海岸工程内容回顾 人工海滩补沙 对于海滩侵蚀最自然的对策，是从海中或 陆上采集合适的沙补充到被侵蚀的岸滩上。 对下游岸滩对下游岸滩 影响小，生影响小，生 态效应好态效应好 仍会被侵蚀，仍会被侵蚀， 需要每隔几年需要每隔几年 进行补沙进行补沙 41海岸工程内容回顾 人工海滩补沙 人工人工海滩补沙通常适用于侵蚀型海岸的一种工程措施，即从海滩补沙通常适用于侵蚀型海岸的一种工程措施，即从 海中或陆上的沙源采沙后填筑于海滩上，以弥补被侵蚀的泥沙，海中或陆上的沙源采沙后填筑于海滩上，以弥补被侵蚀的泥沙， 防止海岸线后退。应该说这是最自然而简单的海岸防护措施，然防止海岸线后退

17、。应该说这是最自然而简单的海岸防护措施，然 而与护岸、丁坝和离岸堤等相比，却是一种较新的技术方法。由而与护岸、丁坝和离岸堤等相比，却是一种较新的技术方法。由 于对海滩进行人工补沙一般是经济而有效的方案，且对相邻海岸于对海滩进行人工补沙一般是经济而有效的方案，且对相邻海岸 地区的影响又较小，因此已日益普遍地被各国所采用。地区的影响又较小，因此已日益普遍地被各国所采用。 天津首个人工海天津首个人工海东疆港区人工海滩东疆港区人工海滩 42海岸工程内容回顾 旁通输沙 旁通输沙可视为人工海滩补沙的一种特例。 当潮汐汊道或突堤等人工建筑物截断或部分 截断沿岸输沙后，其下游侧的岸滩将发生冲 刷。对下游侧的侵

18、蚀岸滩，可采用人工海滩 补沙措施，而若利用堆积在上游的泥沙，并 以机械运送方式，如岸边吸泥泵站和输泥管 线直接把泥沙输送到下游岸滩，即称为旁通 输沙。 43海岸工程内容回顾 海岸侵蚀的原因 人为人为 自然自然 海岸侵蚀的原海岸侵蚀的原 因是多方面的因是多方面的 沿岸输沙沿岸输沙 风力输沙风力输沙 近岸泥沙供给量变化近岸泥沙供给量变化 风暴波浪风暴波浪 水力水力输沙输沙 沿岸输沙被拦截沿岸输沙被拦截 天然海岸防护的变动天然海岸防护的变动 开采资源使陆地下沉开采资源使陆地下沉 海平面上升海平面上升 海滩采砂海滩采砂 44海岸工程内容回顾 海岸防护设施的选择 丁坝群适宜于建造在以沿岸输沙为主，且输沙

19、 主导方向明显（即主要为单向输沙）的情况。 离岸堤主要适于以横向泥沙运动为主的海岸， 对于拦截沿岸输沙也是有效的。 45海岸工程内容回顾 人工海滩补沙主要适用于横向泥沙运动为 主，而不适用于沿岸输沙强的情况。 为了海岸防护的目的，护岸不宜单独采用， 而是常与丁坝系统或是人工海滩补沙措施 等综合使用。 46海岸工程内容回顾 丁坝的种类 丁坝按透沙性可分为基本不透沙和透沙两 种； 按坝顶高程可分为高丁坝和低丁坝； 按其长度可分为长丁坝和短丁坝； 大部分丁坝为固定式建筑物，但也有少部 分为可活动结构。 47海岸工程内容回顾 沿丁坝长度，通常可分为三段： 48海岸工程内容回顾 透沙丁坝 透沙丁坝也即是

20、透水丁坝，它的目的是允 许部分被截的沿岸输沙通过丁坝，以减缓 坝后的冲刷。透水透沙的目的也可以通过 降低坝顶高程来实现。 49海岸工程内容回顾 破波带 波浪进入浅水地区以后，波要素不断发生变化， 波形的不对称性随水深的渐减而渐增，终致失 去稳定而发生破碎。自发生破波的外缘至岸边 线的区域称为破波带。在破波带中，波浪的作 用强烈,能量损耗巨大。由于很多海岸工程均 位于破波带范围以内，加上沿岸输砂率亦以破 波带为最强，因此，破波问题的研究，自然地 成为波动理论与海岸工程研究的一个重要课题。 50海岸工程内容回顾 保滩促淤丁坝 保滩丁坝专指建造在海堤前，防止海堤堤 脚被冲刷以保护海堤基础的丁坝；促淤

21、丁 坝主要指建造在坡度平缓的淤泥质滩地上， 促使滩面淤高以符合围海开发要求的丁坝。 51海岸工程内容回顾 丁坝的结构型式 斜坡式抛石结构为最常见的丁坝型式。 水深较小处的丁坝坝身，其坝心部分可采 用袋装砂来代替块石，以节省投资。 根据波浪作用的强弱程度，丁坝的坝顶最 小宽度为12m。 为防止丁坝坝体两侧受到越顶水流冲刷影 响而发生块石坍落，丁坝须有护底措施， 因此在斜坡式丁坝的坡脚外至少有2m宽的 抛石护底层。坝头处冲刷较严重，护底层 的宽度应小于5m。 52海岸工程内容回顾 波浪 定义：江河湖海上起伏不平的水面。 液体波动中的波面高度形成势能，向前传播产 生动能，这种由于液体波动过程中产生的

22、能量 直接关系到人们生命安全，甚至海岸工程建设 等。 目前主要采用理论手段解决问题。 53海岸工程内容回顾 波浪运动理论 波浪运动理论主要分为：小振幅波理论和 有限振幅波理论，后者包括余摆线波理论 和斯托克斯波理论；在浅水区，有椭圆余 弦波理论和孤立波理论。 54海岸工程内容回顾 有限振幅波 有限振幅波系指：Stokes波、摆线波、椭圆余 弦波和孤立波。 Stokes波、摆线波和椭圆余弦波属于周期波， 即波面于静止水平上下作周期性的波动；孤立 波属于移动波，其波面处于静止水平以上，波 形向传播方向推移。 小振幅波属于线性波动，而有限波属于非线性 波动。 小振幅波、Stokes波和摆线波属于短波

23、，椭圆 余弦波和孤立波属于长波。 55海岸工程内容回顾 小振幅波动的总能量为 在单位水柱内有 2 1 8 EgH L 2 1 8 EgH 56海岸工程内容回顾 孤立波 孤立波是一种移动波，其水质点具有一个与波 浪传播方向相同的位置，在任一时刻的任一断 面上，沿水深的各质点具有几乎相同的速度。 它在传播过程中波形保持不变，且波面全部在 静水面以上波动。 57海岸工程内容回顾 58海岸工程内容回顾 波浪折射 当波浪斜向行近海岸时，在同一波锋线上的波 浪，深水处的波速较大，浅水处的波速较小， 因而波峰线将渐趋于平行于岸线转折，此即波 浪折射现象。在波向转折的同时，由于相邻二 波向线之间的距离也产生变

24、化，将对波高变化 也产生影响。 59海岸工程内容回顾 波浪绕射 波浪在传播过程中遇到障碍物，除可能在障碍物前产生波 浪反射外，还将绕过障碍物继续传播，并在掩护区内产生 波浪扩散，这种现象称为波浪绕射。 波浪绕射是波浪从高能量区向低能量区进行重分布的过程。 因此，绕射区的波浪在同一波峰线上的波高是不等的，愈 深入掩护区内的波高愈小，但波周期保持不变。 60海岸工程内容回顾 波浪反射 在波浪传播过程中如遇地形的突然（或迅速） 变化或遇建筑物的阻挡，即会产生波浪的反射。 反射角与入射角相等，如同光反射。反射波高 HR与入射波高HI之比称为反射率KR，通常1， 其值视建筑物的形式而异。 61海岸工程内

25、容回顾 波浪破碎 波浪破碎是由于波浪在发展和传播过程中局部 能量过大而使波浪运动难以继续维持而发生的 运动不再连续的现象，它在深海和浅水区均可 发生。 62海岸工程内容回顾 波浪在水流中的变形 海浪在传播过程中经常伴随有水流现象，这种 水流可为潮流、风吹流、梯度流、入海河道径 流的扩散以及密度流等。 当水流很强时，波浪与水流的相互作用将影响 各自的传播特性。即波浪要素将产生变形，其 传播方向将发生折射；而水流的流速分布也将 发生变化。 63海岸工程内容回顾 风暴潮 风暴潮是指由强烈的大气扰动（热带风暴或温 带风暴）所引起的海面异常升高现象。在离岸 大风强烈作用下，沿岸水位会产生异常下降， 称为

26、负风暴潮。 64海岸工程内容回顾 近海流 海水的水平运动分为两类：一是由潮汐作用产生的 水体流动，称为潮汐，其运动具有周期性和往复性。 二是由其它各种水文气象因素而产生的水体流动， 称为海流，其流动没有周期性。 65海岸工程内容回顾 海流产生原因： （1）密度差引起的密度流，由于温差或含盐量 不同造成； （2）水面坡降引起的倾斜流或梯度流，由于气 压或其它动力因素造成； （3）风力对水体表面剪切力作用引起的漂流或 吹流； （4）波浪在浅水区变形及破碎而形成的近岸波 浪流。 66海岸工程内容回顾 旋转流 此时潮流在平面图上随时间的运动方向是逐渐 改变并成为旋转运动，这是由两个或多个波系 斜交或正交干涉而形成的。波系的干涉可因两 个不同方向波系同时传入干涉或因地球自转效 应产生横向振动，从而使主波系与横向派生波 系相干涉形成。 前者的旋转性需视不同波系的干涉情况而定， 其旋转性并无定向性；后者的旋转具有定向性； 在南半球相反，形成逆时针旋转流。 67海岸工程内容回顾 一、运动方程 x gv xy u v x u u t u