CN101144266B - 一种海啸防护堤 - Google Patents

Abstract

一种能够有效抵御海啸袭击的防护堤，该防护堤面对海洋的一面为一种弯曲表面，从横断面看，它是一个上底窄、下底宽、面对海洋一方呈一条曲线的曲边梯形，其曲边形状犹如一条横着的凹向上方的抛物线，它表示防护堤面对海洋一面呈抛物线形状的曲面。因为防护堤曲面的反作用力逐步改变了海浪的运动方向，使快速冲向岸边的海浪，沿着曲面形状竖直冲向天空，然后回落到海里，避免了海浪越过防护堤而引发的海水冲毁建筑、淹没陆地的巨大灾难。依据适当的地形或海岸形状，在港湾入口处构筑海啸防护堤，能够削弱海啸袭来时的冲击力量，保护停泊在港湾里的船只免遭海啸袭击。

Description

一种海啸防护堤

所属领域

本发明涉及一种能够有效抵御海啸、风暴潮或海浪袭击的海啸防护堤。

背景技术

近年来，有关海啸或风暴潮袭击而带来重大灾害的报道给人们留下深刻的影响。例如，由黄健民、徐之华编著的《气候变化与自然灾害》(北京，气象出版社，2005年12月)特别对海啸引发的原因，尤其对智利海啸和印尼海啸所造成的重大灾难有了具体而生动的描述。

引起海啸的原因通常来自海底，如海底地震、火山爆发或海底地层移动等。如果有陨石坠落大海也会引起海啸。海啸平均一年发生一次，给人类造成了极大的损失。

海啸的流速一致，从海面到海底，海啸的流速几乎是一致的。当它传播到近海岸处时，海水的流速很大(若波高为10m，流速也大致为10m/s)，骤然形成“水墙”，伴着隆隆巨响，汹涌地冲向海岸，它可使堤岸决口，对人类生命和财产造成严重威胁。

(一)智利地震

1960年5月22日19时11分，在智利的蒙特港海底附近，发生强烈地震。

(二)智利海啸

强烈大震之后，忽然海水迅速退落。大约10分钟后，海水又骤然上涨，顿时，波涛汹涌澎湃，奔腾翻卷，滚滚而来，浪涛高达8～9m，最高达25m。呼啸着的海浪，以摧枯拉朽之势，越过海岸线，越过田野，迅猛地袭击着智利太平洋东岸的城市和乡村。那些留在广场、港口、码头和海边的人们顿时被汹涌而来的巨浪吞噬；沿岸的城镇、港口、码头、乡村即刻化为波涛汹涌的海洋；海边的船只，港口和码头的建筑物均被巨浪击得粉碎……

随即，巨浪又迅速退去。所过之处，凡是能够带动的东西，都被潮水席卷而走。海啸波如此一涨一落，反复震荡，持续了将近几个小时。太平洋东岸的城市，刚被地震摧毁变成了废墟，此时又频遭海浪的冲刷。那些掩埋于碎石瓦砾之中还没有死亡的人们，却被汹涌而来的海水淹死。在几艘大船上，有上千人在此避难，但随着大船被巨浪击碎或击沉，顿时被浪涛全部吞没，无一幸免。太平洋沿岸，以蒙特港为中心，南北800km的范围，几乎被洗劫一空。

(三)智利海啸波及美、日、苏、菲、中等国

智利海啸发生后，海啸波以700km/h的速度，横扫了西太平洋岛屿。仅仅14个小时，就到达了美国的夏威夷群岛。到达夏威夷群岛时，波高达9～10m，巨浪摧毁了夏威夷群岛西岸的防波堤，冲倒了沿堤大量的树木、电线杆、房屋、建筑设施，淹没了大片土地。

不到24小时，海啸波走完了大约17000km的路程，到达了太平洋彼岸的日本列岛。此时，海浪仍然十分汹涌，波高达6～8m，最大波高达8.1m，翻滚着的巨浪肆虐着日本诸岛的海滨城市。本州、北海道等地，停泊港湾的船只、沿岸的港湾和各种建筑设施，遭到了极大的破坏。临太平洋沿岸的城市、乡村和一些房屋以及一些还来不及逃离的人们，都被这突如其来的波涛卷入大海。一时间，水漫金山，波涛汹涌，堤岸、房屋、树木、建筑物等不是被冲走，就是被毁坏，街道成了海水进退的通道。这次由智利海啸波及的灾难，造成了日本数百人死亡，冲毁房屋近4000间，沉没船只逾百艘，沿岸码头、港口及其设施多数被毁坏。

智利海啸还波及了太平洋沿岸的前苏联。在勘察加半岛和库页岛附近，海啸波涌起的巨浪亦达6～7m左右，致使沿岸的房屋、船只、码头、人员等遭到不同程度的破坏和伤亡。在菲律宾群岛附近，由智利海啸波及的巨浪也高达7～8m左右，沿岸城市和乡村居民也遭到了厄运。

(四)印尼强震引发的大海啸

2004年12月26日8时58分，印度尼西亚苏门答腊岛亚齐省附近海域水下10km处发生里氏9级强震。由于这次强震的震中位于海域，所以地震本身造成的人员伤亡和财产损失相对较少，然而地震引发高达10m的大海啸，给印度洋沿岸地区的许多国家造成巨大的、可怕的自然灾难。

海啸狂击多国，人员伤亡、财产损失极为严重

印尼强震激起印度洋大海啸，是一场罕见的造成人类集体死亡的灾难，更是一场给人类带来巨大心灵创伤的灾难，有近35.5万人失去宝贵的生命，50多万人受伤，100多万人流离失所……

东南亚、南亚及非洲东岸的印度尼西亚、斯里兰卡等13个国家直接遭遇灾害袭击，40个国家和地区报告人员遇难和失踪……

下表所示为印度洋海啸波浪到达时间和死亡人数统计表

(五)风暴潮灾害

风暴潮是发生在海洋沿岸的一种严重自然灾害。风暴潮又称“气象海啸”或“风暴海啸”，系指大风或气压剧变而引起的海面异常升降现象。有时，它伴随台风或寒潮而来，尤其是当风暴潮发生的时间与天文潮高潮时间相叠加，就易造成特大增水而成灾。

1922年8月2日，一次强台风风暴潮袭击广东汕头地区，造成特大风暴潮灾害，有7万余人死亡，30万人流离失所。

如何将海啸、飓风、风暴潮及海浪引发的自然灾害风险降至最低？

最有效的方法就是沿着海边建造海啸防护堤。如果沿海城市的海边都建造了卓有成效的海啸防护堤，那么当海啸发生时，海啸巨浪就不会越过防护堤，就不会对堤内的城镇、街道及建筑造成冲毁淹没的灾难，就不会造成象智利海啸或印尼海啸那样悲惨的后果，生活在海边的人们也就不用担心海啸袭击，可以安安稳稳地工作、生活和娱乐。中国专利说明书CN1258784A公开了一种新型防崩堤坝，其特征是在堤坝的河道一侧安装构筑防崩防洪层和沙石层，该堤坝对于防止崩塌有一定作用，增加了堤坝的防洪能力。但是，它具有一般堤坝的结构特点，从外形上看，它由面对海洋的倾斜面、背面与地基相连接的底面构成；从其横断面看，它是一个上底窄、下底宽的梯形。中国专利说明书CN1329688公开的一种堤坝及防水方法，其横断面的结构特点仍然是一个上底窄、下底宽的梯形。这样的梯形防护堤，对于逐渐缓慢上升的海水，具有静态的防护作用；但是，对于像海啸这样的巨浪袭击时，海水挟带着极大的水平速度和冲击力涌向堤岸，梯形断面的防护堤就暴露出如下两个弱点：

第一，海啸巨浪直冲沿岸防护堤时，其排山倒海之力瞬间作用到防护堤上，使防护堤临海方向的整个平面上几乎在同一时刻受到海浪的巨大冲击力，容易发生冲毁堤岸的事故。

第二，海啸巨浪凭借快速水平冲击势头，轻易就冲越溢过防护堤岸，对堤岸内的城镇、街道、港口及各种城市设施，造成冲毁淹没的灾难。

中国专利说明书CN1804224公开了一种预防海啸的方法，这是一种缓解海啸冲力的方法，它是在已有的海岸边用水泥修建大堤来预防的基础上，其特征是用合成材料制造成一个大水袋墙，放在离海滩50～80米外海水中，用孔布网组成一面防海啸墙，用合成材料制造成一个大的水气袋，上小半是气袋在水面上，下大半水，浮在海水上的部分可以设计成各种，动物、植物、人物、艺术等景观，牵引绳弹簧减缓冲力，以上装置用金属倒叉固定在海底下。这种预防海啸的方法对于不大的海浪具有一定的缓解海浪冲击力的效果；但是对于像海啸引发的较大的海浪而言，其海浪冲击力是巨大的，依靠“用金属倒叉固定在海底下的牵引绳弹簧减缓冲击力”是无能为力的，即，海啸引发的巨浪无疑会冲毁浮在海水上的、大的水气袋组成的防海啸墙。而且，这样的大水气袋组成的防海啸墙还存在难于建造和建造后也难于长久维持的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够有效抵御海啸袭击的防护堤，以便临近海岸的城镇、街道和港口等等，在突如其来的海啸来临时，能够免遭海啸带来的灾难。本发明还提供一种用海啸防护堤保护港湾的方法，使停泊在港湾内的船舶免遭海啸袭击。

为了达到上述目的，本发明的海啸防护堤具有特殊的形状。该防护堤面对海洋的一面为一种弯曲表面，从横断面看，它是一个上底窄、下底宽、面对海洋一方呈一条曲线的曲边梯形，该曲边梯形靠近海岸的位置为最低点，该点附近比较平坦，从最低点往防护堤靠近的地方，曲线逐渐向上弯曲、其弯曲半径逐渐减小、曲率中心也逐渐降低，在靠近防护堤上顶面的地方曲率中心的位置已降低到低于防护堤的高度，此后的曲线呈一竖直或略为往外倾斜的曲线或直线、一直延伸到堤坝的顶面；该曲边梯形的曲边形状犹如一条横着的凹向上方的抛物线，这条抛物线表示海啸防护堤面对海洋一面呈抛物线形状的曲面。该防护堤具有适当的高度、宽度、断面形状及建筑强度，堤的上顶面可以作为公路、人行道或观景台，堤的上顶面及背面上都可植树、栽花、种草，设置园林艺术，将其培育成为既能有效抵御海啸袭击的防护堤，又是令人赏心悦目的、气势宏伟壮观的、美丽的海滨城市风景线。

用本发明的海啸防护堤保护港湾的方法是：依据适当的地形或海岸形状，在港湾的入口处构筑海啸防护堤，该防护堤建筑在海岸边并延伸到港湾入口处的海水中；该防护堤并未完全封闭港湾的入口海域，而是空出一段未连接的海域作为船舶航行的通道。这样建造的港湾，既能方便船舶进出港湾的航行，又因为用海啸防护堤缩小了海浪进出港湾的通道范围，大大削弱了海啸巨浪袭来时的冲击力量，使停泊在港湾里的船只免遭海啸袭击。

由于上述海啸防护堤面对海洋一面设置了一种抛物线形状的弯曲表面，当海啸发生时，携带着巨大力量的海浪向岸边奔袭过来，海浪前端首先接触的地方是曲面靠近岸边的最低位置，然后海浪前端沿着曲面的形状逐渐向上弯曲运动，与此同时，海浪的巨大冲击力沿着曲面的法线方向传递给防护堤的地基，地基承受了巨大的冲击力后将反作用力从曲面上回传给海浪，使海浪继续沿着曲面的切线方向运动，因为防护堤曲面的反作用力逐步改变了海浪的运动方向，使最初水平冲向岸边的海浪，最后沿着曲面的切线方向竖直冲向天空，竖直冲高后回落下来的海水对海浪的冲击也有抑制作用。

本发明的海啸防护堤比较现有技术的防护堤具有如下两个显著的优点：

第一，当海啸巨浪直冲该防护堤时，其排山倒海之力被防护堤曲面逐渐削弱，使海浪冲击堤岸的方式由瞬间冲击变为逐步冲击，海浪冲击力大大减小，相应地，防护堤受力均衡、提高了抵御海浪破坏的能力。

第二，因为防护堤曲面的反作用力逐步改变了海浪的运动方向，使快速冲向岸边的海浪，沿着曲面形状竖直冲向天空，然后回落到海里，避免了海浪越过防护堤而引发的海水冲毁建筑、淹没陆地的巨大灾难。

附图说明

图1为现有技术防护堤沿着横断面的剖视图。

图2为本发明的海啸防护堤沿着横断面的剖视图。

图3为用海啸防护堤保护港湾的投影图。

图4为用于模拟海浪冲击试验的防护堤模型照片。

图5为模拟试验中，海浪冲越溢过已有技术的防护堤岸时的照片。

图6为模拟试验中，海浪沿着本发明的海啸防护堤曲面被引导冲向天空时的照片。

实施方案

为了比较本发明的海啸防护堤与一般防护堤的特征差别，画出了现有技术的防护堤沿着横断面的剖视图如图1所示。该图所示防护堤的横断面是一个上底BC窄、下低AD宽、面对海洋H的一方AB呈一条直线的梯形ABCD，斜边AB表示现有技术防护堤面对海洋一面呈倾斜的平面。

图2为本发明的海啸防护堤沿着横断面的剖视图。从其横断面看，该防护堤是一个上底EF窄、下底AG宽、面对海洋H的一方ABCDE呈一条曲线的曲边梯形ABCDEFG，该曲边梯形靠近海岸的位置A处为最低点，A点附近比较平坦，从A点往B、C、D……方向，曲线逐渐向上弯曲、其弯曲半径逐渐减小、其曲率中心也逐渐降低，在靠近防护堤顶边E的位置D处曲线的曲率中心O处的高度已降低到低于防护堤的高度，D点以后的曲线DE呈一条竖直的或略为向外倾斜的曲线或直线、一直延伸到防护堤顶面E处。该曲边梯形的曲边ABCDE犹如一条横着的凹向上方的抛物线，它表示海啸防护堤面对海洋一面呈抛物线形状的曲面。

图3为用海啸防护堤保护港湾的投影图。图中所示港湾为一个三方靠陆地、一方面临海洋的袋状港湾，在此港湾入口处建造的海啸防护堤CBA和FED，其中防护堤的CB、FE段是建筑在海岸边，BA、ED段是延伸到港湾入口处的海水中，A和D之间未连接防护堤的海域是留待船舶航行的通道，图中箭头表示船舶进出港湾的通行方向。

图4为用于模拟海浪冲击试验的防护堤模型：为了比较试验海浪冲击防护堤的效果，本发明制作了试验用的防护堤模型。该模型左面作成本发明的海啸防护堤的曲面形状，右面作成现有技术中防护堤的倾斜平面形状；防护堤模型的左面和右面有相同的高度，当模拟的海浪分别冲向模型左面或右面时，能够显示出两种防护堤不同的效果。

本发明用水泵喷射水流来模拟海浪冲击防护堤的效果，喷射水流的流量每分钟360升、流速每秒10米。

图5是用喷射水流模拟的海浪冲击现有技术的防护堤面时，模拟海浪冲击并越过防护堤时的照片，从照片中看到：模拟海浪很轻易就越过了防护堤，试验验证了现有技术防护堤对于横向速度大的海浪是无能为力的。

图6是用与图5同样流量流速的喷射水流模拟海浪冲击本发明的海啸防护堤的弯曲防护面时，水平冲击过来的模拟海浪沿着曲面形状逐渐向上改变方向、模拟海浪最后离开防护堤顶面时已变为竖直冲向天空的喷射水柱的情景照片，从照片中看到：有很大水平速度和冲击力的模拟海浪无法越过具有弯曲表面的防护堤，本次试验验证了本发明的海啸防护堤对于抵御横向速度大的海浪冲击是卓有成效的。

Claims (2)

1.一种海啸防护堤，由面对海洋的防护面、上顶面、背面及其与地基相连接的下底面构成，其特征是：该防护堤面对海洋的一面为一种弯曲表面，从横断面看，它是一个上底窄、下底宽、面对海洋一方呈一条曲线的曲边梯形，该曲边梯形靠近海岸的位置为最低点，该点附近比较平坦，从最低点往防护堤靠近的地方，曲线逐渐向上弯曲、其弯曲半径逐渐减小、曲率中心也逐渐降低，在靠近防护堤上顶面的地方曲率中心的位置已降低到低于防护堤的高度，此后的曲线呈一竖直或略为往外倾斜的曲线或直线、一直延伸到堤坝的顶面；该曲边梯形的曲边形状犹如一条横着的凹向上方的抛物线，这条抛物线表示海啸防护堤面对海洋一面呈抛物线形状的曲面。

2.一种用权利要求1所述的海啸防护堤保护港湾的方法，其特征是：依据适当的地形或海岸形状，在港湾的入口处构筑海啸防护堤，该防护堤建筑在海岸边并延伸到港湾入口处的海水中；该防护堤并未完全封闭港湾的入口海域，而是空出一段未连接的海域作为船舶航行的通道。

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