[发明专利]斜坡式防波堤防护性能评估系统和灾害预警系统

说明书

本发明涉及一种斜坡式防波堤防护性能评估系统其包括：实测数据库、三维斜坡式防波堤模型库和数值分析模型模块；其中实测数据库用于存储实测数据；三维斜坡式防波堤模型库，用于存储虚拟斜坡式防波堤模型；数值分析模型模块，以三维斜坡式防波堤模型库模块中的虚拟斜坡式防波堤模型为基础，将堤前实测数据与数值分析模型的模拟结果进行对比，从而对数值分析模型进行适用性改进；本发明还涉及基于上述评估系统的灾害预警系统，该灾害预警系统包括数据采集装置、数据分析装置和灾害预警装置；采用上述评估系统和灾害预警系统可以对防波堤的防护性能进行个性化的评估并提高灾害预警准确性。

技术领域

本发明涉及水利工程中的防波堤领域，更具体地，涉及一种斜坡式防波堤防护性能的综合评估系统和评估方法。

背景技术

台风是对我国沿海地区构成严重威胁的首要自然灾害，由台风引发的台风浪是导致洪水淹没、海防工事毁损、港湾船舶倾覆等近岸灾情的直接原因。全球气候显著变化的大背景下，未来台风路径和强度将与历史台风显著不同，更加剧了未来台风浪在沿海地区灾害影响的不确定性。

斜坡式防波堤作为重要的水工结构物，可以抵抗台风浪的袭击，维护临近港域海面平稳，利于船舶避风停靠、系泊、顺利进行货物装卸作业，在保障海洋活动的正常进行方面具有不可替代性的作用。同时，在沙质和淤泥质海岸上，斜坡式防波堤也兼有阻挡沿岸泥沙侵入港内、减轻港内淤积的作用。斜坡式防波堤主要由堤心结构和护面块体两部分组成，依靠堤身消散堤前波浪，保护堤后水域免受波浪侵袭。因此，将近岸海域的斜坡式防波堤作为应用对象具有重要的工程意义和巨大的实际应用价值。

预测在台风等极端灾害时斜坡堤的护岸性能，对保障台风等极端天气作用下堤后区域的安全具有重要意义。现有技术中的灾害预警，主要是基于水文气象站预测出的风速、降雨以及波高等数据，按照传统的经验警戒值对斜坡式防波堤附近的区域进行灾害预警，没有考虑到不同类型、规模的防波堤结构、以及不同波浪及气象条件下的斜坡堤护岸性能的不同，不能准确地预测出极端海洋灾害对近岸区域斜坡式防波堤以及堤后区域的作用和影响情况，经常存在预警不足、过度预警等情况，造成较大的经济损失。因此，现有技术中急需一种个性化的、稳定准确的评估防波堤防护性能的评估系统和灾害预警方法，从而提高灾害预警准确性。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供了一种斜坡式防波堤防护性能评估系统，包括：实测数据库，用于存储实测数据，所述实测数据库包括斜坡式防波堤结构数据单元、波浪及水文气象数据单元以及堤前实测数据单元；三维斜坡式防波堤模型库，用于存储虚拟斜坡式防波堤模型，所述虚拟斜坡式防波堤模型是基于实测数据库中的斜坡式防波堤结构数据单元中的数据构建的；以及，数值分析模型模块，所述数值分析模型模块以三维斜坡式防波堤模型库模块中的虚拟斜坡式防波堤模型为基础，将堤前实测数据与数值分析模型的模拟结果进行对比，从而对数值分析模型进行适用性改进。

进一步地，所述斜坡式防波堤结构数据单元包含斜坡式防波堤的高度、坡度、堤心结构以及护面块体结构数据；所述波浪及水文气象数据单元包括入射波浪的波高、入射波浪的周期、水深、水流流速、风速以及风向；所述堤前实测数据单元是实测地点的斜坡堤附近海域在一段时间内测量的实测数据。

进一步地，所述三维斜坡式防波堤模型库模块包括斜坡式防波堤模型单元和相应的护面块体模型单元。

进一步地，所述数值分析模型模块包括模型导入单元、输入参数单元以及数值分析模型改进单元；所述模型导入单元依托于三维斜坡式防波堤模型库模块中的斜坡式防波堤模型单元以及相应的护面块体模型单元，将所建立的模型导入到FLOW-3D 软件中，用于后续的数值模拟；所述输入参数单元结合实测数据库模块中的波浪参数及水文气象数据单元，把通过实测所获得的参数作为数值模拟的驱动条件；数值分析模型改进单元基于实测数据库模块所获得的堤前实测数据及其相应的反射系数变化情况，将实测结果与数值模拟结果进行对比，从而对数值分析模型进行适用性改进。

进一步地，所述对数值分析模型进行适用性改进包括对所述数值分析模型进行训练，优化数值分析模型的参数。