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开敞式海域海堤防护设计探析 谢清海 (福建省水利厅水利建设技术中心，福建 福州 350001) 摘 要该文结合福建省长乐市外文武围垦工程施工设计，根据开敞式海域的波浪特性， 进行护面波浪作用机理分析，提出与之相应的海堤外坡、外护脚、堤顶、内坡以及防浪墙 等防护设计技术。 关键词 开敞海域；波浪要素；海堤防护 l开敞海域特点 开敞式海域海堤前方不受岛屿遮挡，直接朝向外海，风区无限长，无风三尺浪，受外 海涌浪影响巨大。台风时受涌浪和风浪的混合作用，其波要素是局部风区海湾内风浪的3 倍以上，破坏力巨大，对沿海海堤构成严重威胁。福州琅岐、莆田南日海堤曾经屡遭破 坏，便是此原因。 从福建省福鼎至诏安沿海，有相当部分岸线属于开敞式海岸，在这类海岸上筑堤，波 浪要素的合理确定、海堤防护的合理设计是至关重要的。 2波浪要素确定 波浪要素是海堤设计最关键、最基本的自然要素，关系到堤顶高程和防护设施设计。 开敞海域波要素应同时考虑涌浪和风浪作用。 2．1波浪折射变形 波浪自外海向海岸传播过程中发生折射变形，趋近岸边时，由于水深减小，波高逐渐 衰减，H终点／H起点=KrK，K，。 式中：K，为折射系数；K，为浅水系数；K，为底摩擦系数。。 根据下述(1)～(4)方程编制波浪折射变形数值计算程序，程序中主要考虑了波浪 传播过程中折射(K，)、变形(K，)和底摩擦(K，)因素，由海上起始波要素推算堤前 折射变形波要素。 (1)波周期守恒：T=const (2)波数矢无旋性方程：a—ks—ina一—C—OSj‘2—0 Ⅱz U， (3)波能守恒方程：昙(H2勺c。s口)+丢(H2勺sjna)=一p。(H2勺)372 236 (4)波能弥散方程：∥=gktenkd 夹角；，为底摩阻系数。 2．2堤前设计波要素 一般海上起始断面与工程所在地相距较远，仅考虑折射变形和底摩擦是不够的，还应 考虑波浪传播过程中沿程风继续作用的影响，即堤前设计波要素采用折射变形波要素与风 生波要素进行叠加，叠加后合成波浪要素按下式推算： 波高H=(H；+H；)V2 波周期T一(TlHi+T2H；)／H2 波长A：罂ten罕 式中：H。为折射变形波高；H。为风生波波高；TI为折射变形波周期；Tz为风生波 周期。 福建省长乐市外文武围垦工程围垦面积1．9万亩，海堤全长4041m，朝向外海开阔海 域，按上述方法推算获得堤前设计波要素。同时，根据中国围海工程技术规范有关条文说 明，对于开敞海岸情况，因有涌浪影响，按风浪计算公式确定波周期可能偏小，宜用实测 资料分析确定。本工程堤前设计波周期按计算值扩大1．4倍。计算结果如表1所示： · 表1 开敞海域堤段堤前设计波要素 波浪要素 设计潮位① 设计风速 h2％ 耽％ Hl％ H4％ H5％ H13％ H T j 备注 (m) (m／s) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) K 一1．O 4．90 32．5 4．60 4．4l 4．30 3．77 2．75 8．65 62．3ESE向浪 1号堤 (下沙渡一 一2．0 4．90 3Z．5 5．38 5．16 5．03 4．41 3．22 8．83 68．3ESE向浪 黄沙礁) 4．90 32．5 6．16 5．87 5．75 5．24 3．94 12．88109．7 一3．0 ESE向浪 2号堤 (排洪闸一 一3．O 4．90 33。2 5．77 5．39 5．29 4．73 3．45 12．32104．6NE向浪 黄沙礁) ①黄海基面高程，下同。 3海堤防护设计 3．1外坡面防护设计 3．1．1坡面消浪分析 波浪在斜坡堤凹凸型插砌条石护面上爬高Rra,可表示为：