海堤防潮能力评价方法及应用分析

海堤防潮能力评价方法及应用分析

侯增鹏1,2，张凤1,2，徐兴雨1,2，张乐1,2，梁信源1,2

（1 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司技术检测中心，东营257000；2 中国石化胜利油田检测评价研究有限公司，东营257000）

摘要：海堤是沿海地区为了抵御海洋对近海区域的影响而建设的重要基础设施。海堤的防潮能力是其对保护范围内抵御海浪冲刷能力的重要体现。本文通过对海堤高程资料的分析，采用数值模拟与物理模型试验相结合的方法从越浪上进行了防潮能力的评价，对某海堤在不同重现期极端高水位下的防潮能力进行了评价和等级划分。

关键字：海堤；防潮能力；堤顶高程；越浪

东营市地处黄河三角洲地区，有近千平方米的面积属于沿海滩涂，近一半面积受渤海潮汐影响，严重影响着沿海区域开发和各项生产建设。为保障滩海地区各类资源的开发利用，东营市建设有大量海堤。这些海堤在长时间受海浪冲刷及水文条件变化影响下，其防潮能力与建设初期相比发生了较大变化。开展防潮能力评价对保障海堤保护范围内人员及设施安全和海堤本体安全具有重要意义。

一、防潮能力影响因素

海堤防潮能力主要表现在堤顶越浪，越浪程度受高程、结构（直立、斜坡及护面形式等）、水位和波浪等因素控制，同一海堤在不同水位和波浪状态下，形成越浪的可能性不同。在相同的海洋环境作用下，不同高度、结构和护面形式的海堤其越浪的可能性也不相同。因此，海堤的防潮能力评价应当依据海堤条件和外部环境进行。主要的评价指标如下：

影响海堤越浪可能性的内部因素包括：海堤条件、防护条件。其中海堤的结构形式和几何尺度是在一定海况下决定海堤越浪与否的关键因素；护面形式决定其糙渗参数，影响爬坡高度。具体指标包括①堤顶高程；②挡浪墙高度；③海堤坡度和④护面结构影响系数。

影响海堤越浪可能性的堤前环境因素主要包括波浪和风暴潮，其特征值参数指标包括①堤前出现的风暴潮水位；②堤前水深；③有效波高和④有效周期。

为有效综合这些内外部因素对海堤防潮能力的影响，利用非静压波浪模型SWASH开展数值模拟实验，模拟波浪在近岸的传播变形、直至在海堤断面上的爬高与越浪过程，以不同设计水位下的堤顶越浪量为主控因素，分析海堤断面的防潮能力。同时结合物理模型试验，验证数值模拟实验结果的有效性，综合试验结果评估海堤防潮能力。

二、防潮能力分级

根据《堤防工程安全评价导则》（SL Z 679-2015），从堤顶高程和越浪量2个方面开展海堤防潮能力评价分级工作。

允许越浪海堤防潮能力评价分级应符合下列要求：

（1）挡浪墙顶、堤顶路面高程及越浪量均满足现行规划和技术标准要求，定为A级。

（2）平均挡浪墙顶高程欠高小于0.30m且最大欠高未超过0.50m,或挡浪墙顶高程欠高虽未超过0.30m但越浪量不满足标准要求，定为B级。

（3）平均挡浪墙顶高程欠高超过0.30m或局部挡浪墙顶高程欠高超过0.50m,或堤顶路面高程未高出设计水位0.50m以上，定为C级。

海堤单位宽度内允许越浪量规定如表1所示：

表1  海堤允许越浪量

三、海堤防潮能力评价

本次选取东营市某海堤开展防潮能力评价工作。海堤长3.76km，1982年修建。海堤采用复式坡防护结构，堤顶沥青路面高程3.8～4.1米，堤顶、临海和背海侧均有混凝土护面防护。根据《滩海环境条件与荷载技术规范》SY/T4084-2010中9.4.4条与《滩海海堤设计与施工技术规范》SY4099-20105.1条，确定海堤的设计安全等级为Ⅱ级，与其相对应的设计潮位的重现期标准为50年。结构断面图如下：

图1  海堤结构断面图

（一）堤顶高程复核

根据最新高程测量结果，本段海堤堤顶高程范围为3.24m~3.99m，平均堤顶高程为3.7m。按照《海堤工程设计规范》（GB/T 51015-2014）规定推算，海堤在设计重现期为50年一遇的条件下，其堤顶高程最低为6.10m，现状堤顶高程与标准设计差-2.37m，远低于标准要求。

表2  海堤高程数据（85黄海高程）

（二）数值模拟实验

通过数模得到海堤所选断面在各种水位下的越浪系列（图2）、单宽越浪量（表3）和产生越浪的临界高程值。

图2  海堤典型断面各种极端水位下的越浪系列

表3  海堤典型断面的水位与单宽越浪量关系表

从数模结果来看，本次计算得到海堤的越浪水位1.08m，低于1年重现期1.09m的极端高水位。水位达到1.36m时，海堤越浪量超过标准要求（0.05m3/（m.s））

（三）物理模型试验

通过物理模型试验进行海堤典型断面结构25年、50年、100年和极端破碎波下的越浪试验理模型试验，测定堤顶越浪量，以综合评价海堤的防浪效果和结构断面设计的合理性。

图3  断面在水槽中的布置

试验方案：越浪量试验中，每次试验时长采用120个波列的作用时间。利用越浪量收集装置进行越浪量的采集，设计条件下越浪情况见图4；收集越浪水体并称重，获取的越浪量结果见表4。

图4  极端高水位50年一遇波浪作用下越浪量情况

表4  海堤越浪量结果统计表

四、结论及建议

根据模型试验及相关数据分析，海堤典型断面在1年一遇极端高水位情况下未发现越浪，设计高水位接近一年一遇的极端高水位，其它年一遇的极端高水位下海堤的越浪风险大。根据评级标准，海堤防潮能力严重不足，定为C级（不安全）。

针对防潮安全存在的问题，可采取对现有海堤进行基础加高，提高海堤堤顶高程，同时加强堤前消浪措施的应用，降低风浪因素造成的风暴增水水位。也可采用增加海堤迎浪面扭工体的摆放数量和密度的方式，增强高潮位时海浪的破碎能力，使海堤迎浪面受冲力和海堤越浪量有效减小。

参考文献：

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