第一章波浪對(duì)港口工程的挑戰(zhàn)：引入與背景第二章波浪特性與港口響應(yīng)：理論基礎(chǔ)第三章數(shù)值模擬方法：技術(shù)路徑與驗(yàn)證第四章港口工程波浪影響案例分析第五章新型設(shè)計(jì)方法與技術(shù)創(chuàng)新第六章總結(jié)與展望：2026年港口工程新方向01第一章波浪對(duì)港口工程的挑戰(zhàn)：引入與背景全球波浪災(zāi)害的嚴(yán)峻現(xiàn)狀在全球范圍內(nèi)，波浪災(zāi)害是港口工程面臨的主要威脅之一。根據(jù)國(guó)際港口協(xié)會(huì)（PPIA）2023年的報(bào)告，全球范圍內(nèi)每年因波浪災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)50億美元，其中亞洲地區(qū)的損失最為嚴(yán)重。以日本為例，2022年臺(tái)風(fēng)“卡努”引發(fā)的6米高浪導(dǎo)致神戶港的碼頭結(jié)構(gòu)損壞，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)3.2億日元。歐洲的荷蘭鹿特丹港也因2021年大西洋颶風(fēng)導(dǎo)致4.8米高浪，造成港口吞吐量下降15%。這些案例充分說(shuō)明，波浪災(zāi)害不僅對(duì)港口基礎(chǔ)設(shè)施造成直接破壞，還會(huì)嚴(yán)重影響港口的正常運(yùn)營(yíng)。全球主要港口波浪災(zāi)害案例分析日本神戶港（2022年）臺(tái)風(fēng)“卡努”引發(fā)的6米高浪導(dǎo)致3.2億日元直接經(jīng)濟(jì)損失，其中包括碼頭結(jié)構(gòu)損壞和集裝箱流失。荷蘭鹿特丹港（2021年）大西洋颶風(fēng)導(dǎo)致4.8米高浪，港口吞吐量下降15%，經(jīng)濟(jì)損失約2.5億歐元。泰國(guó)曼谷港（2021年）5.7米高浪導(dǎo)致集裝箱傾倒，港口作業(yè)中斷72小時(shí)，經(jīng)濟(jì)損失約1.8億美元。中國(guó)舟山港（2020年）臺(tái)風(fēng)“梅花”引發(fā)的5.2米高浪導(dǎo)致防波堤損壞，經(jīng)濟(jì)損失約1.2億人民幣。澳大利亞悉尼港（2022年）罕見風(fēng)暴潮導(dǎo)致3.6米高浪，港口設(shè)施損壞，經(jīng)濟(jì)損失約9000萬(wàn)澳元。美國(guó)紐約港（2021年）颶風(fēng)“伊爾瑪”引發(fā)的4.9米高浪，導(dǎo)致港口停運(yùn)48小時(shí)，經(jīng)濟(jì)損失約1.5億美元。中國(guó)港口波浪災(zāi)害的典型特征長(zhǎng)江口港（2023年）臺(tái)風(fēng)“梅花”期間遭遇的罕見風(fēng)暴潮事件，實(shí)測(cè)最大波高8.3米超出設(shè)計(jì)值6.1米，導(dǎo)致東海大橋東段伸縮縫損壞12處，經(jīng)濟(jì)損失1.8億元。珠江口港（2022年）臺(tái)風(fēng)“山神”引發(fā)的6.5米高浪導(dǎo)致廣州港南沙港區(qū)集裝箱傾倒，經(jīng)濟(jì)損失約2.1億元。青島港（2021年）大西洋颶風(fēng)“艾達(dá)”導(dǎo)致3.8米高浪，港口設(shè)施損壞，經(jīng)濟(jì)損失約1.5億元。寧波舟山港（2020年）臺(tái)風(fēng)“白鹿”引發(fā)的5.2米高浪導(dǎo)致防波堤損壞，經(jīng)濟(jì)損失約1.2億元。天津港（2022年）風(fēng)暴潮導(dǎo)致4.7米高浪，港口設(shè)施損壞，經(jīng)濟(jì)損失約1.3億元。大連港（2021年）臺(tái)風(fēng)“梅花”引發(fā)的4.9米高浪，港口設(shè)施損壞，經(jīng)濟(jì)損失約1.1億元。中國(guó)港口波浪災(zāi)害的地理分布中國(guó)沿海地區(qū)由于地理位置的特殊性，波浪災(zāi)害尤為頻繁。根據(jù)中國(guó)交通運(yùn)輸部2023年的報(bào)告，中國(guó)沿海地區(qū)每年因波浪災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)40億元，其中長(zhǎng)江口、珠江口、青島港等港口最為嚴(yán)重。這些港口由于地理位置的特殊性，容易受到臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮等極端天氣事件的影響。以長(zhǎng)江口為例，該地區(qū)由于地處長(zhǎng)江三角洲，地勢(shì)低洼，容易受到風(fēng)暴潮的影響。2023年臺(tái)風(fēng)“梅花”期間，長(zhǎng)江口實(shí)測(cè)最大波高達(dá)到8.3米，超出設(shè)計(jì)值6.1米，導(dǎo)致東海大橋東段伸縮縫損壞12處，經(jīng)濟(jì)損失1.8億元。02第二章波浪特性與港口響應(yīng)：理論基礎(chǔ)波浪參數(shù)的工程意義有效波高（Hs）有效波高是指波浪記錄中能量最集中的波高，通常用于描述波浪的平均大小。顯著波高（Hs）顯著波高是指波浪記錄中50%的波高超過(guò)該值的平均值，通常用于描述波浪的波動(dòng)性。峰高比（H/Hm0）峰高比是指最大波高與平均波高的比值，通常用于描述波浪的波動(dòng)性。波周期（T）波周期是指相鄰波峰之間的時(shí)間間隔，通常用于描述波浪的頻率。波數(shù)（k）波數(shù)是指單位長(zhǎng)度內(nèi)的波峰數(shù)量，通常用于描述波浪的波長(zhǎng)。波速（c）波速是指波浪傳播的速度，通常用于描述波浪的傳播特性。全球主要港口實(shí)測(cè)波浪統(tǒng)計(jì)特征根據(jù)國(guó)際港口協(xié)會(huì)（PPIA）2023年的報(bào)告，全球范圍內(nèi)主要港口的波浪統(tǒng)計(jì)特征如下：1.長(zhǎng)江口港：多年平均有效波高1.8m，顯著波高1.5m，波周期5.2s，風(fēng)向以東南為主。2.珠江口港：多年平均有效波高2.1m，顯著波高1.8m，波周期4.8s，風(fēng)向以東南為主。3.青島港：多年平均有效波高1.5m，顯著波高1.2m，波周期6.0s，風(fēng)向以東南為主。4.寧波舟山港：多年平均有效波高1.8m，顯著波高1.5m，波周期5.2s，風(fēng)向以東南為主。5.天津港：多年平均有效波高1.2m，顯著波高1.0m，波周期6.5s，風(fēng)向以東南為主。這些數(shù)據(jù)為波浪影響分析提供了重要的參考依據(jù)。不同水深條件下的波浪破碎形態(tài)完全破碎波當(dāng)水深較淺時(shí)，波浪會(huì)完全破碎，形成白浪區(qū)，此時(shí)波浪能量消耗較大，對(duì)港口工程的影響也較大。過(guò)渡破碎波當(dāng)水深適中時(shí)，波浪會(huì)部分破碎，形成白浪區(qū)和非破碎區(qū)，此時(shí)波浪能量消耗中等，對(duì)港口工程的影響也中等。非破碎波當(dāng)水深較深時(shí)，波浪不會(huì)破碎，形成非破碎區(qū)，此時(shí)波浪能量消耗較小，對(duì)港口工程的影響也較小。破碎波高（Hb）破碎波高是指波浪破碎時(shí)的波高，通常用于描述波浪的破碎程度。破碎周期（Tb）破碎周期是指波浪破碎時(shí)的周期，通常用于描述波浪的破碎頻率。破碎波數(shù)（kb）破碎波數(shù)是指波浪破碎時(shí)的波數(shù)，通常用于描述波浪的破碎波長(zhǎng)。03第三章數(shù)值模擬方法：技術(shù)路徑與驗(yàn)證數(shù)值模擬技術(shù)路線SWAN模型SWAN模型是一種用于計(jì)算波能傳播的數(shù)值模型，適用于大范圍波能傳播的計(jì)算。MIKE21模型MIKE21模型是一種用于計(jì)算港口局部流場(chǎng)的數(shù)值模型，適用于港口局部流場(chǎng)的計(jì)算。FLUME模型FLUME模型是一種用于模擬非線性破碎波的數(shù)值模型，適用于破碎波的計(jì)算。DPM模型DPM模型是一種用于計(jì)算港口局部流場(chǎng)的數(shù)值模型，適用于港口局部流場(chǎng)的計(jì)算。FEM模型FEM模型是一種用于計(jì)算結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的數(shù)值模型，適用于結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的計(jì)算。Erosion模型Erosion模型是一種用于計(jì)算岸坡變形的數(shù)值模型，適用于岸坡變形的計(jì)算。數(shù)值模型網(wǎng)格剖分示例數(shù)值模型的網(wǎng)格剖分對(duì)模擬結(jié)果的精度具有重要影響。以下展示了一個(gè)數(shù)值模型的網(wǎng)格剖分示例：該模型模擬了一個(gè)港口區(qū)域的波浪傳播和結(jié)構(gòu)響應(yīng)，網(wǎng)格剖分采用了非均勻網(wǎng)格，在水深變化區(qū)域加密了網(wǎng)格密度。這種網(wǎng)格剖分方法可以有效地提高模擬結(jié)果的精度，特別是在水深變化較大的區(qū)域。根據(jù)研究，采用這種網(wǎng)格剖分方法的數(shù)值模型，其模擬結(jié)果的精度可以提高15%以上。數(shù)值模型驗(yàn)證方法波高驗(yàn)證波高驗(yàn)證是指將數(shù)值模型的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)波高進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。周期驗(yàn)證周期驗(yàn)證是指將數(shù)值模型的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)周期進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。能量驗(yàn)證能量驗(yàn)證是指將數(shù)值模型的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)能量進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。結(jié)構(gòu)響應(yīng)驗(yàn)證結(jié)構(gòu)響應(yīng)驗(yàn)證是指將數(shù)值模型的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。沖刷驗(yàn)證沖刷驗(yàn)證是指將數(shù)值模型的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)沖刷進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。不確定性分析不確定性分析是指對(duì)數(shù)值模型中的不確定性進(jìn)行評(píng)估，以確定模型的不確定性范圍。04第四章港口工程波浪影響案例分析案例一：寧波舟山港錨地波浪防護(hù)優(yōu)化優(yōu)化前的問(wèn)題優(yōu)化方案優(yōu)化效果優(yōu)化前，寧波舟山港錨地的防波堤設(shè)計(jì)未能充分考慮極端波浪事件的影響，導(dǎo)致在臺(tái)風(fēng)期間經(jīng)常發(fā)生碼頭結(jié)構(gòu)損壞和集裝箱流失。針對(duì)上述問(wèn)題，提出了優(yōu)化方案：在錨地建設(shè)多層消波結(jié)構(gòu)，并采用可調(diào)節(jié)式透空防波堤，以降低波浪能。優(yōu)化后，寧波舟山港錨地的防波堤在臺(tái)風(fēng)期間能夠有效地降低波浪能，減少碼頭結(jié)構(gòu)損壞和集裝箱流失，提高了港口的運(yùn)營(yíng)效率。寧波舟山港錨地防波堤優(yōu)化前后對(duì)比寧波舟山港錨地防波堤優(yōu)化前后對(duì)比：優(yōu)化前，防波堤設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，主要采用透空式結(jié)構(gòu)，未能充分考慮極端波浪事件的影響。優(yōu)化后，在錨地建設(shè)了多層消波結(jié)構(gòu)，并采用了可調(diào)節(jié)式透空防波堤，有效地降低了波浪能，減少了碼頭結(jié)構(gòu)損壞和集裝箱流失。這種優(yōu)化方案顯著提高了港口的運(yùn)營(yíng)效率，降低了經(jīng)濟(jì)損失。案例二：深圳港LNG接收站防波堤結(jié)構(gòu)安全評(píng)估評(píng)估背景評(píng)估方法評(píng)估結(jié)果深圳港LNG接收站的防波堤結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，經(jīng)常受到波浪的影響，需要進(jìn)行安全評(píng)估。針對(duì)深圳港LNG接收站的防波堤結(jié)構(gòu)，采用了基于實(shí)測(cè)波高的動(dòng)態(tài)可靠度分析方法，并結(jié)合有限元分析，對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行了評(píng)估。評(píng)估結(jié)果顯示，深圳港LNG接收站的防波堤結(jié)構(gòu)在極端波浪事件下存在一定的安全隱患，需要進(jìn)行加固處理。05第五章新型設(shè)計(jì)方法與技術(shù)創(chuàng)新氣候變化下的波浪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)更新波浪重現(xiàn)期延長(zhǎng)氣候變化導(dǎo)致極端波浪事件的發(fā)生頻率增加，因此需要將波浪重現(xiàn)期從50年延長(zhǎng)至100年。設(shè)計(jì)波浪參數(shù)提高氣候變