一种带有海带消浪功能的生态潜堤、设计方法及设计系统技术方案

本发明专利技术公开了一种带有海带消浪功能的生态潜堤、设计方法及设计系统，属于潜堤技术领域，其特征在于：在所述潜堤表面附着有海带；在所述潜堤的背浪侧设置有海带种植区；该带有海带消浪功能的生态潜堤、设计方法及设计系统通过实验分析了不同相对淹没深度、不同相对宽度、不同波陡、不同潜堤坡度、不同海带密度对应的波浪透射系数，进而得出波浪通过海带潜堤以及堤后海带区的透射系数的关系，有利于利用海带消浪的新型生态潜堤的成果转化。本专利结构合理，消浪效果好，在遭受恶劣海况的较大波浪时消浪效果更佳，特别适用于修复已建填海造陆工程，尤其是中等或者较浅近岸海域的潜堤。

An ecological submerged dike with the function of wave dissipation in kelp, its design method and design system

【技术实现步骤摘要】
一种带有海带消浪功能的生态潜堤、设计方法及设计系统
本专利技术属于潜堤
，具体涉及一种带有海带消浪功能的生态潜堤、设计方法及设计系统。
技术介绍
潜堤是围填海工程的产物之一，在海域防护工程中被广泛使用，其主要作用是消浪、保滩和促淤，伴随而来的负面影响则是引起工程周围海域水动力条件和污染物迁移规律的改变，从而会对海岸生态和水环境造成严重破坏，导致围填海工程附近海区生物物种多样性普遍降低，优势种族和群落结构发生改变。因此，目前亟需研发一种不仅可保留传统潜堤的消浪功能，还能修复生态的新型潜堤。现有公开技术有：(1)一种适用于浅海的仿生潜堤，采用水利插板和水下仿生物的简单结合，可以降低工程造价，具有一定的生态保护作用但在实际工程中的应用并不广泛，而且水下仿生物并不都能起到一个很好的消浪效果，实际应用效果不佳。(2)一种组合式潜堤结构及其制作方法，由并列设置的按周期性排列的若干个波峰柱体单元组成的刚性潜堤阻浪结构和设置在刚性潜堤阻浪结构靠岸侧的柔性植物消浪结构组合构成，以达到提高消浪效果，改善水体环境，维护生态效益的目的。但这种刚性潜堤阻浪结构在实际工程中并不常见，消浪效果有待验证，且柔性植物消浪结构需要有营养土才能成活，但营养土在海水中易被冲刷，实际应用困难。(3)一种结合柔性植物消浪的新型潜堤堤顶结构，它由装有柔性植被模型的堤顶构件单元和采用锚固方式固定的刚性框架组成，结合柔性植物消浪效果好和抗冲刷的特点来提高潜堤的消浪能力，同时利用植物模型的生态效益来改善水体的生态环境。但这种结构主要是采用钢筋混凝土梁、钢筋网和锚链组成，钢筋在海水中易锈蚀，会对水体造成一定污染，且仅在堤顶装有柔性植物消浪框架，实际消浪效果不佳。以上公开技术所提出的生态型潜堤大多是新型结构型式，并不能在已建成的传统潜堤的基础上进行生态修复，对于围填海工程的生态修复来说不够经济。海带是一种易于在海水中生长且具有水体净化功能的浮游植物，养殖技术比较成熟，目前针对海带的研究主要集中在海带的养殖容量与海带对海水的养殖阻力以及观察海带架消浪效果等方面，而针对防波堤消浪的研究也主要是集中于新形式或新结构等传统方式，并没有关于海带应用于已建潜堤消浪特性方面的研究。因此，本专利提出一种利用海带消浪的新型生态潜堤，所采用的结构形式与材料均为环境友好型，不会对生态环境造成负面影响。随着人们生态环境保护意识的不断提高，生态潜堤将会是围填海工程发展的一个趋势。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种带有海带消浪功能的生态潜堤、设计方法及设计系统，该带有海带消浪功能的生态潜堤、设计方法及设计系统通过实验分析了不同相对淹没深度、不同相对宽度、不同波陡、不同潜堤坡度、不同海带密度对应的波浪透射系数，进而得出波浪通过海带潜堤以及堤后海带区的透射系数的关系，有利于利用海带消浪的新型生态潜堤的成果转化。本专利结构合理，消浪效果好，在遭受恶劣海况的较大波浪时消浪效果更佳，特别适用于修复已建填海造陆工程，尤其是中等或者较浅近岸海域的潜堤。本专利技术的第一目的是提供一种带有海带消浪功能的生态潜堤，在所述潜堤表面附着有海带；在所述潜堤的背浪侧设置有海带种植区；其中：所述潜堤表面海带的密度ρ1为：式中:ρ1为潜堤表面海带密度；Kt-1为波浪越过海带潜堤的透射系数；B1为潜堤堤顶宽度；Rc为水面距潜堤堤顶的距离；Hi-1为入射有效波高；α为潜堤坡角度；Sop为波陡；g为重力加速度；T1为入射谱峰波周期；所述海带种植区海带的密度ρ2为：式中:ρ2为海带种植区海带密度；Kt-2为经过潜堤削减后的波浪越过海带区的透射系数；B2为海带区海带架长度；Hi-2为越过潜堤后的波浪的入射有效波高；T2为越过潜堤后的谱峰波周期。进一步，所述潜堤表面附着海带苗绳网；在所述海带苗绳网上种植有海带苗。更进一步，所述海带种植区包括位于水底的橛子或石砣、悬浮于水中的浮绠，在所述浮绠上连接有多个浮子，所述浮绠通过橛缆与橛子或石砣连接；所述浮绠上种植有海带。更进一步，所述潜堤为斜坡式单潜堤。更进一步，在所述潜堤的迎浪侧和背浪侧、海带种植区的背浪侧均设置有浪高仪。本专利技术的第二目的是提供一种带有海带消浪功能的生态潜堤的设计方法，至少包括如下步骤：S101、获取基础数据，所述基础数据包括：浪高数据、潜堤堤顶宽度B1、水面距潜堤堤顶的距离Rc、入射有效波高Hi-1、潜堤坡角度α；波陡Sop、入射谱峰波周期T1、海带区海带架长度B2、越过潜堤后的波浪的入射有效波高Hi-2、越过潜堤后的谱峰波周期T2；其中：所述浪高数据至少包括潜堤的迎浪侧和背浪侧、海带种植区的背浪侧三处的浪高；S102、计算透射系数，具体计算公式为：其中：Hi为入射有效波高；Ht为透射有效波高；S103、根据潜堤表面海带的密度ρ1计算公式得出潜堤表面海带的密度；根据海带种植区海带的密度ρ2计算公式得出海带种植区海带的密度；S104、根据潜堤表面海带的密度设计潜堤表面附着海带苗绳网大小；根据海带种植区海带的密度设计浮筏的尺寸。进一步，所述海带密度的范围为：1.005～2.010；海带潜堤相对堤顶淹没深度范围为-1.50～0，波陡的范围为0.01～0.06，相对堤顶宽度范围为1.0～8.0，潜堤坡度范围为1.0～3.0；海带区波陡的范围为0.0496～0.1251，相对海带架长度范围为1.88～7.50。本专利技术的第三目的是提供一种带有海带消浪功能的生态潜堤的设计系统，包括：基础数据获取模块，所述基础数据包括：浪高数据、潜堤堤顶宽度B1、水面距潜堤堤顶的距离Rc、入射有效波高Hi-1、潜堤坡角度α；波陡Sop、入射谱峰波周期T1、海带区海带架长度B2、越过潜堤后的波浪的入射有效波高Hi-2、越过潜堤后的谱峰波周期T2；其中：所述浪高数据至少包括潜堤的迎浪侧和背浪侧、海带种植区的背浪侧三处的浪高；透射系数计算模块，具体计算公式为：其中：Hi为入射有效波高；Ht为透射有效波高；海带密度计算模块，根据潜堤表面海带的密度ρ1计算公式得出潜堤表面海带的密度；根据海带种植区海带的密度ρ2计算公式得出海带种植区海带的密度；海带苗绳网和浮筏设计模块，根据潜堤表面海带的密度设计潜堤表面附着海带苗绳网大小；根据海带种植区海带的密度设计浮筏的尺寸。进一步，所述海带密度的范围为：1.005～2.010；海带潜堤相对堤顶淹没深度范围为-1.50～0，波陡的范围为0.01～0.06，相对堤顶宽度范围为1.0～8.0，潜堤坡度范围为1.0～3.0；海带区波陡的范围为0.0496～0.1251，相对海带架长度范围为1.88～7.50。本专利技术具有的优点和积极效果是：(1)通过潜堤和海带的双层消浪，进一步提高潜堤的消浪效果；(2)海带绵长的叶片在自身气囊的托举作用下在海水中浮动，不仅可以消浪阻流，还能加速潜堤周围泥沙沉积和减少冲刷；(3)海带作为一种兼具营养本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有海带消浪功能的生态潜堤，其特征在于：在所述潜堤表面附着有海带；在所述潜堤的背浪侧设置有海带种植区；其中：/n所述潜堤表面海带的密度ρ

【技术特征摘要】
1.一种带有海带消浪功能的生态潜堤，其特征在于：在所述潜堤表面附着有海带；在所述潜堤的背浪侧设置有海带种植区；其中：
所述潜堤表面海带的密度ρ1为：



式中:ρ1为潜堤表面海带密度；Kt-1为波浪越过海带潜堤的透射系数；B1为潜堤堤顶宽度；Rc为水面距潜堤堤顶的距离；Hi-1为入射有效波高；α为潜堤坡角度；Sop为波陡；g为重力加速度；T1为入射谱峰波周期；
所述海带种植区海带的密度ρ2为：



式中:ρ2为海带种植区海带密度；Kt-2为经过潜堤削减后的波浪越过海带区的透射系数；B2为海带区海带架长度；Hi-2为越过潜堤后的波浪的入射有效波高；T2为越过潜堤后的谱峰波周期。


2.根据权利要求1所述的带有海带消浪功能的生态潜堤，其特征在于，所述潜堤表面附着海带苗绳网；在所述海带苗绳网上种植有海带苗。


3.根据权利要求2所述的带有海带消浪功能的生态潜堤，其特征在于，所述海带种植区包括位于水底的橛子或石砣、悬浮于水中的浮绠，在所述浮绠上连接有多个浮子，所述浮绠通过橛缆与橛子或石砣连接；所述浮绠上种植有海带。


4.根据权利要求3所述的带有海带消浪功能的生态潜堤，其特征在于，所述潜堤为斜坡式单潜堤。


5.根据权利要求1-4任一项所述的带有海带消浪功能的生态潜堤，其特征在于，在所述潜堤的迎浪侧和背浪侧、海带种植区的背浪侧均设置有浪高仪。


6.一种如权利要求5所述带有海带消浪功能的生态潜堤的设计方法，其特征在于，至少包括如下步骤：
S101、获取基础数据，所述基础数据包括：浪高数据、潜堤堤顶宽度B1、水面距潜堤堤顶的距离Rc、入射有效波高Hi-1、潜堤坡角度α；波陡Sop、入射谱峰波周期T1、海带区海带架长度B2、越过潜堤后的波浪的入射有效波高Hi-2、越过潜堤后的谱峰波周期T2；其中：所述浪高数据至少包括潜堤的迎浪侧和背浪侧、海带种植区的背浪侧三处的浪高；
S102、计算透射系数，具体计算公式为：其中：Hi为入射有效波高；Ht为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张娜，王立涛，蒋学炼，王婷婷，张正鑫，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：天津;12