第一篇：臺風(fēng)條件下上海地區(qū)典型海堤防御能力評價(jià)研究

臺風(fēng)條件下上海地區(qū)典型海堤防御能力評價(jià)研究

【摘要】：隨著全球氣候變化的加速,所引起的極端災(zāi)害性風(fēng)暴潮發(fā)生的頻次在增加,強(qiáng)度在加大,且在北半球有路徑北移的趨勢;沿海地區(qū)又因城市化進(jìn)程的加速和人口規(guī)模的增加面臨著需要通過不斷外延陸海邊界以拓展活動空間的壓力。建設(shè)能達(dá)到抵御高標(biāo)準(zhǔn)臺風(fēng),并在超標(biāo)準(zhǔn)情況下也不會被大規(guī)模毀壞而造成人員和財(cái)產(chǎn)損失的城市一線海堤工程,是當(dāng)前和今后一段時(shí)間像上海這樣的低地勢、中緯度和高密度人口的國際大都市的重要任務(wù)。本文通過對位于長江口、杭州灣的上海一線海堤進(jìn)行了廣泛調(diào)研,并收集了歷史上發(fā)生的多次登陸上?；蛘咴卩徑∈械顷懖ι虾Ｔ斐蓢?yán)重災(zāi)害的臺風(fēng)事件,就上?？赡馨l(fā)生的超標(biāo)準(zhǔn)臺風(fēng)及由臺風(fēng)引起的風(fēng)暴潮和臺風(fēng)浪進(jìn)行模擬計(jì)算,結(jié)合當(dāng)前海堤防御標(biāo)準(zhǔn),分析其對海堤可能造成的破壞因素。其目的和意義在于通過此類研究,實(shí)現(xiàn)在不對現(xiàn)有海堤進(jìn)行大規(guī)模加高加固的情況下,有效提高其防御能力,大幅降低可能的受災(zāi)損失,本文具體的研究內(nèi)容和成果如下：(1)在對當(dāng)前風(fēng)-潮-浪數(shù)值模型研究進(jìn)展進(jìn)行了解分析的基礎(chǔ)上,選擇并建立了適用于長江河口地區(qū)的臺風(fēng)模型、風(fēng)—潮模型和風(fēng)—潮—浪耦合數(shù)學(xué)模型,以9711號臺風(fēng)等實(shí)測同步風(fēng)、潮、和浪資料對模型進(jìn)行了率定。分別編程建立了藤田—高橋(Fujita.T-Takahashi)與Jelesnianski風(fēng)場模式,通過比較采用了衰減相對較小、與9711號臺風(fēng)和0216號臺風(fēng)等實(shí)際風(fēng)場符合更好的Jelesnianski風(fēng)場,并通過調(diào)整衰減系數(shù)和最大風(fēng)速圈半徑使計(jì)算風(fēng)場

與實(shí)際風(fēng)場更為吻合。建立了風(fēng)—潮數(shù)學(xué)模型,就9711號臺風(fēng)在登陸前對潮波過程的影響進(jìn)行了分析。在外海深水區(qū)域,臺風(fēng)形成增水主要由低氣壓引起,且集中于臺風(fēng)中心下方局部海域,隨著臺風(fēng)不斷向岸逼近,低氣壓作用相對減弱,風(fēng)場作用逐漸明顯,近岸區(qū)發(fā)生了先增水后減水的現(xiàn)象,風(fēng)場作用下沿岸形成的反時(shí)針方向的流動對臺風(fēng)中心南北兩側(cè)形成了有力的水交換。風(fēng)—潮—浪耦合的臺風(fēng)浪模型考慮了潮位過程導(dǎo)致的水深變化對波浪傳播的影響。波浪場能量分布與臺風(fēng)風(fēng)場相對應(yīng),在深水中波浪強(qiáng)度隨著風(fēng)力的加強(qiáng)或者風(fēng)圈的加大而增強(qiáng),在淺水區(qū)受波浪折射、淺水、破碎及底摩阻等效應(yīng)的影響,波浪強(qiáng)度隨之變小。(2)為了構(gòu)造能對上海形成最不利情況的強(qiáng)臺風(fēng)和超強(qiáng)臺風(fēng)兩種超標(biāo)準(zhǔn)的氣旋,模擬這種條件下海堤前沿的極端潮位和風(fēng)浪,通過對9711臺風(fēng)的空間和時(shí)間的平移,就長江口杭州灣不同位置典型海堤,找出對其最為不利的路徑和登陸時(shí)間,并以此為襲擊上海最不利的強(qiáng)臺風(fēng)；在此基礎(chǔ)上利用強(qiáng)臺風(fēng)模擬成果中的路徑、登陸時(shí)間和5612超強(qiáng)臺風(fēng)低氣壓過程,模擬了超強(qiáng)臺風(fēng)登陸的風(fēng)—潮—浪過程,并計(jì)算得到超強(qiáng)臺風(fēng)條件下海堤前沿風(fēng)—潮—浪要素。(3)在調(diào)研的典型海堤中,選取臨港新城新建海堤為研究對象,利用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的和超標(biāo)準(zhǔn)臺風(fēng)條件下的風(fēng)、潮、浪要素,對海堤護(hù)面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和越浪量進(jìn)行復(fù)核計(jì)算,在此基礎(chǔ)上評價(jià)海堤安全性。復(fù)核結(jié)果表明,以臨港新城新建海堤為例,在設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)情況下,現(xiàn)有海堤的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和越浪量基本滿足安全標(biāo)準(zhǔn)；在強(qiáng)臺風(fēng)作用下,海堤堤頂越浪量不滿足要求；在超強(qiáng)臺風(fēng)下,海堤防浪墻穩(wěn)定和越浪量都不能滿足安全要求。本文通過在

不同強(qiáng)度臺風(fēng)條件下的上海海堤安全性進(jìn)行了評估,就可能的受損情況進(jìn)行了定量計(jì)算,提出應(yīng)對措施,以達(dá)到經(jīng)濟(jì)有效地提高海堤整體防御能力的目標(biāo)。該成果可推廣應(yīng)用于上海地區(qū)臺風(fēng)—浪—潮的預(yù)報(bào)和后報(bào)分析,建立的海堤防御能力評價(jià)體系可應(yīng)用于上海沿江、沿海海堤的防御能力評價(jià),為有關(guān)部門提高海堤防御能力制定經(jīng)濟(jì)有效的工程措施提供技術(shù)支持?！娟P(guān)鍵詞】：海堤臺風(fēng)風(fēng)暴潮波浪數(shù)學(xué)模型

【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)

【學(xué)位級別】：博士

【學(xué)位授予年份】：2011 【分類號】：P444;P731.2;U656.2 【目錄】：摘要7-9ABSTRACT9-14第一章緒論14-261.1研究背景和意義14-151.1.1研究背景14-151.1.2研究目標(biāo)和意義151.2研究內(nèi)容與技術(shù)路線15-171.2.1研究內(nèi)容15-161.2.2研究技術(shù)路線16-171.3國內(nèi)外研究進(jìn)展17-251.3.1風(fēng)—潮—浪數(shù)值模式研究進(jìn)展17-191.3.2波浪爬坡、越浪計(jì)算研究進(jìn)展19-251.4關(guān)鍵技術(shù)、創(chuàng)新點(diǎn)及意義25-261.4.1關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點(diǎn)251.4.2應(yīng)用價(jià)值251.4.3社會經(jīng)濟(jì)效益25-26第二章上海地區(qū)臺風(fēng)災(zāi)害與堤防建設(shè)現(xiàn)狀研究26-402.1臺風(fēng)概述26-342.1.1臺風(fēng)及臺風(fēng)災(zāi)害26-322.1.2上海地區(qū)的臺風(fēng)災(zāi)害32-342.2上海市海堤建設(shè)狀況研究34-402.2.1上海市海堤概況34-352.2.2典型海堤調(diào)研35-40第三章典型臺風(fēng)條件下的風(fēng)場氣壓場數(shù)值模擬40-623.1數(shù)值模式概況403.2典型臺風(fēng)的選取和模型的建立40-443.2.1影響上海地區(qū)的典型臺風(fēng)路徑和強(qiáng)度40-433.2.2模型的建

立43-443.3模式原理44-503.3.1氣壓場和風(fēng)場模式44-483.3.2風(fēng)場模式的參數(shù)比較48-503.4典型臺風(fēng)的計(jì)算與驗(yàn)證50-583.4.19711臺風(fēng)的計(jì)算與驗(yàn)證50-563.4.20216臺風(fēng)的計(jì)算與驗(yàn)證56-583.5風(fēng)場計(jì)算結(jié)果分析58-613.6小結(jié)61-62第四章典型臺風(fēng)條件下的風(fēng)暴潮數(shù)值模擬62-874.1潮流場模式62-654.1.1模式概況62-634.1.2模式原理63-654.2模型的計(jì)算與驗(yàn)證65-754.2.1天文潮的計(jì)算與驗(yàn)證65-704.2.2臺風(fēng)風(fēng)暴潮的計(jì)算與驗(yàn)證70-754.3結(jié)果分析75-864.4小結(jié)86-87第五章典型臺風(fēng)條件下的臺風(fēng)浪計(jì)算87-965.1臺風(fēng)浪模式87-885.1.1模式概況875.1.2模型原理87-885.2模型的計(jì)算與驗(yàn)證88-925.3結(jié)果分析92-955.4小結(jié)95-96第六章超標(biāo)準(zhǔn)臺風(fēng)的風(fēng)—潮—浪數(shù)值模擬96-1096.1最不利臺風(fēng)的研究96-1016.1.1研究思路966.1.2襲擊上海的最不利強(qiáng)臺風(fēng)的模擬96-1016.2最不利強(qiáng)臺風(fēng)的模擬計(jì)算101-1026.3最不利超強(qiáng)臺風(fēng)的模擬計(jì)算102-109第七章臺風(fēng)條件下工程海堤安全復(fù)核109-1197.1典型海堤斷面概述109-1137.2結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全性分析113-1167.2.1塊體穩(wěn)定性復(fù)核113-1147.2.2柵欄板穩(wěn)定性復(fù)核114-1157.2.3防浪墻穩(wěn)定性復(fù)核115-1167.2.4越浪量計(jì)算綜合分析1167.3工程應(yīng)對措施116-119第八章小結(jié)119-123附錄123-150參考文獻(xiàn)150-155博士期間發(fā)表論文情況155-156致謝156

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