第二节 海堤工程设计相关要素

海堤工程设计的相关要素有气象与水文、社会经济、工程地形、工程地质等。这些要素调查结果直接影响后期海堤工程设计及施工，所以在海堤工程设计前必须进行细致的调查、收集、测量和必要勘探工作，取得翔实的相关资料。

一、气象与水文

天气和海洋与人类活动有非常密切的关系。海洋灾害除海啸和天文大潮外，往往都由气象原因引起，例如造成严重灾害的海洋风暴潮主要由大气中低压系统如台风所引起。

气象与水文资料主要包括气温、风况、降水、水位、流量、流速、泥沙、潮汐、波浪和冰情等。

潮汐是指海面在周期性天体引潮力作用下产生的周期性升降运动。即地球上的海水或江水，受到太阳、月球的引力以及地球自转的影响，在每天早晚会各有一次水位的涨落，早称之为潮，晚称之为汐。

在潮汐涨落的每一周期内，当水位涨到最高位置时，叫高潮或满潮；当水位下降到最低位置时，叫低潮或干潮。从低潮到高潮过程中，水位逐渐上升，叫涨潮；从高潮到低潮过程中，水位逐渐下降，叫落潮。当潮汐达到高潮或低潮的时候，海面在一段时间内既不上升也不下降，分别叫平潮和停潮。平潮的中间时刻叫高潮时；停潮的中间时刻，叫低潮时，相邻的高潮与低潮的水位差叫潮差。

1.潮汐

潮汐的涨退现象是因时因地而异的，但从涨退周期来说，可分为3种类型：半日潮、全日潮和混合潮。

（1）半日潮：在一个太阴日（24h50min）内出现两次高潮和两次低潮。它们的高度和历时都几乎相同，潮位时间曲线为对称的余弦曲线。

（2）全日潮：一个太阴月中的大多数太阴日，出现一次高潮和一次低潮。潮位曲线为对称的余弦曲线。

（3）混合潮：有不规则半日潮和不规则全日潮两种情况。

2.潮差

在一个潮汐周期内，相邻高潮位与低潮位间的差值称为潮差，又称潮幅。潮差大小受引潮力、地形和其他条件的影响，随时间和地点不同而不同。中国沿海潮差分布的趋势是东海沿岸最大，渤海、黄海次之，南海最小。

潮差的相关概念如下：

（1）平均潮差。某一定时期内的潮差的平均值，是潮汐的一个重要特征值。中国东海沿岸平均潮差约5m，渤海、黄海约2～3m，南海小于2m。

（2）最大潮差。某一定时期内潮差的最大值，是潮汐的一个重要工程特征值。中国著名的钱塘江河口潮汐，最大潮差近9m。世界上最大潮差发生在加拿大的芬地湾，达19.6m。

（3）最小潮差。某一定时期内的潮差的最小值。

3.潮位

从1957年起，我国的统一高程基准面是根据青岛验潮站的多年（一般取19年）平均海平面确定的，即黄海平均海平面。

受潮汐影响周期性涨落的水位称潮位，又称潮水位，中国通常以黄海平均海平面作为水位高程的零点。

潮位的相关概念如下：

（1）平均潮位。逐时观测记录潮位的平均值。某一定时期（一日、一月、数月、一年或多年等）的平均潮位称该时期的平均海面。潮汐具有18.61年长周期的变化，因此，一般以19年的观测资料求得潮位平均值。

（2）平均高潮位。某一定时期内的高潮位的平均值。

（3）平均低潮位。某一定时期内的低潮位的平均值。

（4）最高潮位。某一定时期内的最高高潮位值。

（5）最低潮位。某一定时期内的最低低潮位值。

（6）设计（高）潮位。工程设计采用的高潮位值，一般采用与设计重现期相应的高潮位值。

（7）设计低潮位。工程设计采用的低潮位值，一般采用与设计重现期相应的低潮位值。

4.海浪

海浪一般是风浪、涌浪以及涌浪传播到海岸所引起的近岸波的总称。

（1）风浪是在风的直接持续作用下所产生的波浪。

（2）涌浪是风停止后，海面存在的波浪或传到无风区的波浪。

（3）近岸波是由外海的风浪或涌浪传至海岸附近，受地形作用改变了波动性质而形成的一种波浪。

波浪运动的实质是水质点周期振动引起的水面起伏现象。波浪的基本要素和名称有波峰、波谷、波高、波长、周期、波速等（图1-1）。

另外在气象与水文中我们还需要收集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。

海岸是临接海水的陆地部分。进一步说，海岸是海岸线上很狭窄的那一带陆地。

根据海岸动态可分为堆积海岸和侵蚀性海岸，根据地质构造划分为上升海岸和下降海岸。

根据海岸组成物质的性质，海岸可分为基岩海岸、砂砾质海岸、平原海岸、红树林海岸和珊瑚礁海岸。

河口是河流和受水体的结合地段。受水体可能是海洋、湖泊、水库和河流等，因而河口可分为入海河口、入湖河口、入库河口和支流河口等。河流近口段以河流特性为主，口外海滨以海洋特性为主，河口段的河流因素和海洋因素则强弱交替地相互作用，有独特的性质。

图1-1 波浪的基本要素

二、社会经济资料

社会经济资料是指海堤防护区及海堤工程区的社会经济资料。

海堤防护区社会经济资料主要包括面积、人口、耕地、城镇分布等社会概况，农林、水产养殖、工矿企业、交通、能源、通信等行业的规模、资产、产值等国民经济概况，生态环境状况，历史潮（洪）灾害情况等。

海堤工程区的社会经济资料应包括土地面积、耕地面积、人口、房屋、固定资产等，农林、水产养殖、工矿企业、交通通信等设施，文物古迹、旅游设施等。

三、工程地形

1～3级海堤工程各设计阶段的地形测量资料比例尺、图幅范围及断面间距应满足海堤设计规范的要求见表1-1。

加固、改建和扩建海堤工程还应同时提供堤顶和临海、背海侧堤脚线的纵断面图。

四、工程地质

海堤工程设计的工程地质及筑堤材料资料应符合SL 188—2005《堤防工程地质勘察规程》的规定，并应满足设计对地质勘察的要求。

工程地质资料包括土层分层、含水量、容重、抗剪强度、e-p曲线、承载力、桩周摩阻力等。

海堤工程设计应充分利用已有的海堤工程及堤线上其他工程的地质勘察资料，并应收集险工堤段的历史和现状险情资料，查清历史溃口堤段的范围、地层和堵口材料等情况。

新建海堤及无地质资料的旧堤加固、改建和扩建工程应进行工程地质勘察。对于已有地质资料但不能满足SL 188—2005《堤防工程地质勘察规程》要求的旧堤加固、改建和扩建工程，还应对其进行补充勘察。

软土堤基上的旧堤加固工程，应查明旧堤的填筑材料和填筑时间等情况。