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防波堤(英语:breakwater)是一种人工结构物,以人为方式减少水体的波浪强度,来抵御海岸或建筑的地基被潮水冲蚀的堤坝建筑形式,通常采用透水性较强的网格形式建造。防波堤是在海岸附近建造的结构,作为海岸管理的一部分或用于保护锚地不受天气和沿岸漂移的影响。它们一般是垂直于海岸或者河岸的堤坝状的建筑。
目录
概述
防波堤是港口保护设施之一,目的是阻止或减少波浪对港口水域运动的影响,以及防止海岸漂砂进入港内沉积,一般设置在港口最外围海域中,外观上就像两只强壮的手臂,保护著港内船舶与设备的安全。
防波堤的功能为阻断波浪的冲击力、围护港池、维持水面平稳以保护港口免受坏天气影响、以便船舶安全停泊和作业而修建的水中建筑物,用来保护缓坡海滩减少海岸侵蚀的小结构; 被放置在离岸100-300英尺(30-90 m)的相对较浅的水中。
在防波堤的帮助下通常都会建立人工港口,流动港口,例如D日 桑树港口,被浮动到位并充当防波堤。一些天然港口,例如普利茅斯湾,波特兰港和瑟堡的港口,已被岩石制成的防波堤增强或扩展。
组成
防波堤还可起到防止港池淤积和波浪冲蚀岸线的作用。它是人工掩护的沿海港口的重要组成部分。一般规定港内的容许波高在0.5~1.0米之间,具体按水域的不同部位、船舶的不同类型与吨位的需要确定。防波堤常由一、二道与岸连线的突堤或不连线的岛堤组成,或由突堤和岛堤共同组成。防波堤掩护的水域常有一个或几个口门供船只进出。
海岸防波堤
防波堤的构造可以与海岸平行或垂直。海岸的防波堤可以是木头或者水泥的柱子或者钢板桩或者桩子之间的石墙组成。防波堤的目的在于在浪冲到海岸之前把它们散开,来防止浪把沙滩上的沙子冲走。它们也被用来填海。
19世纪建造的最早的防波堤是木制的,后来人们开始用水泥,也有使用沥青和水泥、石头制造的堤坝状的防波堤。但是在一些地区由于背风腐蚀防波堤的效果很小。由于在这种情况下防波堤无法阻止沙滩的损失,加上它们本身对水流影响造成生态影响,因此今天许多防波堤被填沙取代,这样可以直接补充被冲走的地,而对环境的影响则比较小。
河岸防波堤
在河流上防波堤被用来控制水流或者保护堤岸。控制水流的目的在于防止河床淤泥,保持河床的深度,保证行船安全。通过防波堤河里水流的面积被缩小,水流速度提高,因此淤泥的危险降低。在防波堤之间则形成水流很低,甚至逆流的区域。水流速度最高的地方位于防波堤的尖端。
防波堤也被用来使得河流重新自然化,它被用来促使曲流或者腐蚀。在这种情况下往往使用各种生态物质作为防波堤,比如甚至朽木也可以作为防波堤使用。
河流里的防波堤与河岸逆流呈80度角。这样在发大水的时候河水被阻挡在河床中央,防止河水对河岸的腐蚀。河流里的防波堤一般是堆起的坝,上面用石头或者碎石加固,它们必须不断地被修复。在河流里只有在落差比较小的情况下防波堤才有用。落差大的情况下需要使用水坝。
分离式防波堤
海上防波堤有两种主要类型(也称为分离式防波堤):单个和多个。顾名思义,单个就是指防波堤由一个不间断的屏障组成,而多个防波堤(数量从2到20个不等)之间的间隔在160-980英尺或50-300米之间。间隙的长度主要由相互作用的波长决定。防波堤可以是固定的或浮动的,并且是不渗透的或可渗透的,以允许沉积物向结构的岸边转移,具体选择取决于潮汐范围和水深。它们通常由重达10-15吨的大块岩石(花岗岩)或瓦砾堆组成。它们的设计受波浪角方法和其他环境参数的影响。
知名地点
- 英国-普利茅斯; 海上航行,诺福克; 埃尔默,西萨塞克斯; 布里克瑟姆,德文郡,南火车站
- 美国-圣莫尼卡,加利福尼亚州; 温思罗普海滩,马萨诸塞州; 殖民地海滩,弗吉尼亚州
- 日本-中央防波堤在东京; 北海道县桧山石崎邮便局(Ishizaki);鸟取县皆生市
分类
防波堤的分类各国略有不同,台湾海岸因为与日本较为相似,且因日本的海岸工程一直是世界的翘楚之一,因而在工程设计上大都参考日本的规范。一般而言,分为抛石块或方块形成的斜面堤(sloping face breakwater)、沉箱或巨积混凝土块堆叠而成的直立堤(upright breakwater)、沉箱与抛石基础合成的混成堤(composite breakwater)、用各种消波块保护堤身的消波块堤(armor block breakwater)以及特殊防波堤(special breakwater)等五种[1]。
防渗水的类型
防渗水的类型:
- 立式防波堤
- 丘防波堤
- 带有上层建筑或复合防波堤的土墩
使用质量
防波堤结构设计为吸收撞击波的能量,通过使用质量(例如,沉箱)或使用护坡(例如,岩石或混凝土装甲部队)来吸收。在沿海工程中,护岸是陆地支撑的结构,而防波堤是海岸支撑的结构(即两侧的水)。
瓦砾丘
瓦砾丘防波堤利用结构性空隙消散波能。瓦砾堆防波堤由成堆的石头组成,这些石头或多或少根据其单位重量进行分类:较小的石头作为岩心,较大的石头作为保护岩心的铠装层,以保护岩心免受波浪袭击。结构外部的岩石或混凝土装甲单元吸收了大部分能量,而砾石或沙子阻止了波能继续通过防波堤芯。护岸的坡度通常在1:1至1:2之间,具体取决于所使用的材料。在浅水中,护岸防波堤通常相对便宜。随著水深的增加,材料需求以及成本都将大大增加。
沉箱式
沉箱式防波堤通常具有垂直侧面,通常竖立在需要将一个或多个船只停靠在防波堤内表面的地方。他们利用沉箱的质量及其内部的填充物来抵抗波浪撞击它们所施加的倾覆力。在浅水中建造它们相对昂贵,但是在较深的地方,与护岸防波堤相比,它们可以节省大量资金。
有时在垂直结构的前面放置一个额外的瓦砾堆,以吸收波能,从而减少垂直壁上的波反射和水平波压。这样的设计在防波堤的海侧和码头壁提供了额外的保护,但是它可以增强波浪的越覆能力。
吸波沉箱
一个类似但更复杂的概念是吸波沉箱,在前壁包括各种类型的穿孔。这种结构已在海上石油工业中成功使用,但也用于要求低结构的沿海项目,例如在贝鲁特和摩纳哥等重要海景方面的城市长廊上。在后者中,目前正在Anse du Portier进行一个项目,其中包括18个吸收波速27 m高的沉箱。
波浪衰减器
波浪衰减器由适当尺寸的混凝土元件组成,水平放置在自由表面下方一英尺处,沿著平行于海岸的直线放置。该波衰减器有四个海边(向海)平板,一个垂直平板和两个后向(陆向)平板,每个平板之间的距离为200毫米(7.9英寸)。这排4个前面板和两个后面板通过位于其下方的水量的作用来反射近海波,在入射波的作用下使其振荡,产生与入射波相位相反的波板的下游。
防波堤装甲部队
消波混凝土砌块随著设计波浪高度变大,瓦砾堆防波堤需要更大的装甲单位来抵抗波浪力。这些装甲单位可以由混凝土或天然岩石制成。CIRIA 683“岩石手册”中给出的岩石装甲单位的最大标准等级为10–15吨。可以使用较大的等级,但是最终尺寸实际上受本地可用岩石的自然断裂特性限制。
消波块
形混凝土铠单位(如Dolos,Xbloc,四脚等)可在多达被提供到大约40吨(例如约夫拉斯法,摩洛哥),它们变得极易下自重,波浪冲击和热损伤的开裂前铸造/固化过程中形状复杂。对于在深水处最裸露的位置需要最大装甲单位的地方,装甲单位通常是由混凝土立方体形成的,在拉科鲁尼亚附近的蓬塔·朗戈塞泰拉的防波堤末端,已使用了约195吨的混凝土,西班牙。
负面作用
泥沙积聚
在暴风雨中,防波堤易受破坏和翻倒。 能源和背风防波堤的创建相对平静水的消耗经常鼓励积沙(根据防波堤方案的设计)。但是,这可能导致过多的显著性积聚,从而形成雨伞,从而减少了防波堤向岸的漂移。沉积物的这种捕集可能会导致防波堤的向下漂移,从而导致海滩沉积物匮乏和沿海侵蚀加剧。然后,这可能会导致需要进一步的工程保护,以防波堤的开发。防波堤周围区域的沉积物积聚会导致深度减小的平坦区域,从而改变海床的地形景观。
防波堤的显著地层是防波堤与海岸的距离,波浪撞击防波堤的方向以及防波堤的形成角度(相对于海岸)的函数。在这三个部分中,防波堤的构造角度对于凸部的工程设计最为重要。防波堤的建造角度决定了波浪的新方向(在波浪撞击防波堤之后),进而决定了沉积物随时间流动和积聚的方向。
影响生态
防波堤导致的海底景观异质性降低,可能导致周围生态系统物种丰富度和多样性降低。由于沉积物堆积导致防波堤的异质性降低和深度减小,周围水体的紫外线暴露和温度升高,这可能会破坏周围的生态系统。
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