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1、Southeast University SEU1工程水文学工程水文学东南大学交通学院港航工程系谢逸仙联系电话：13705150516E_Mail ：网址 ：http:/ University SEU21、经验点没点上去、经验点没点上去*2、可以查、可以查KP表表3、历时曲线必须连点、历时曲线必须连点*4、历时曲线上查的是保证率，不是多少年一遇、历时曲线上查的是保证率，不是多少年一遇*5、Cs=6Cv，如果再大，说明，如果再大，说明Cv值太小，必须降低值太小，必须降低Cv，减小均值，减小均值*6、Cs2Cv，如果最小值为，如果最小值为0，则，则Cs=2Cv*7、重点给出、重点给出Cs，而不是倍
2、数，而不是倍数*8、频率曲线是减一常数后的、频率曲线是减一常数后的x值值*9、要有结论，是哪条线最好，并给出结果，、要有结论，是哪条线最好，并给出结果，20年一遇等（枯、洪水）年一遇等（枯、洪水）10、数过程、数过程Southeast University SEU3第七章 潮汐第一节 潮汐现象及其成因第二节 潮位观测第三节 海岸工程设计潮位推算一、基准面和特征潮位二、设计潮位的推算第四节 风暴潮Southeast University SEU4第一节 潮汐现象及其成因l地球上的海水，受月球、太阳和其他天体引力作用所产生的一种周期性升、降运动，称之为潮汐。l产生潮汐现象的主要原因是，地球上不同海
3、域离月球和太阳的相对位置不同，所受到的引力有所差异，从而导致地球上海水的相对运动。l地球上各海域除了受到月、日的引力作用外，还有地球与月和地球与日在绕其共同质心运动而产生的惯性离心力，这种引力与离心力的合力称之为引潮力，由其引起的海面升降称为天文潮。Southeast University SEU5 l 台风、寒潮等天气系统带来大风或气压剧变，这也能引起海面水位异常升降，这种现象称为风暴潮。l海洋工程和港口工程的规划、设计、施工及营运与管理，都需要了解与掌握海面潮汐变化的规律。l本章重点论述设计潮位的推算，其中包括具有长期或短缺实测潮位资料情况下潮位的推求方法。Southeast Univer
4、sity SEU6 l潮汐包括海面周期性的垂直涨落运动和海水周期性的水平进退流动。习惯上，将前者称为潮汐，后者称为潮流。l1、潮位过程线l图7-4是某验潮站实测到的一段潮位资料，即潮位随时间变化的过程线，其横坐标为时间，纵坐标为潮位。Southeast University SEU7 l海面上升至最高点时称为高潮（满潮），海面下降至最低点时称为低潮（枯潮）。l在潮汐升降的每一个周期内，从低潮升至高潮所经历的时间称为涨潮历时，从高潮降至低潮所经历约时间称为落潮历时。l在满潮、枯潮之际，海面有短暂时间不作升降，称为停潮或平潮。l相邻的高潮至低潮的水位差称为落潮潮差，相邻的低潮至高潮的水位差称为涨潮
5、潮差。Southeast University SEU8 l2、潮汐类型l潮位变化曲线随地点、日期而异，非常复杂。但是，从长期记录看，大体可分为三种类型：半日潮、日潮和混合潮，如图7-5所示。Southeast University SEU9 l Southeast University SEU10 l Southeast University SEU11 l除了上述的潮汐日不等、半月不等现象外，还有月不等、年不等与多年不等现象。l因为月球绕地球旋转的轨道为一椭圆，地球位于其内一个焦点上。月球位于近地点时的引潮力比位于远地点时大40%，这就形成了潮汐的月不等现象。l同样，在一年周期中，地球绕太
6、阳轨道的近地点引潮力比远地点大10%，这样使潮汐大小有年周期的变化。l此外，月球运行的轨道长轴随着天体的运动不断地变化着，近地点不停地向东移动，其周期是8.85年。黄道与白道的交点也在不断地移动，其周期为18.61年。这样，潮汐便具有8.85年和18.16年的长周期变化，这就是分析潮位资料时应该考虑9年和19年资料的原因。Southeast University SEU12第二节第二节 潮位观测潮位观测l 近岸潮汐的变化不但与引潮力有关，还常受到水文气象因素、海岸形态以及水下地形等影响，各地的差异甚大。到目前为上，无论是应用潮汐静力学理论还是动力学理论的计算结果，都无法达到满足实际工程应用的程
7、度，尤其是对于地形复杂的边缘海域差距更大。因此，按我国现行的港口工程技术规范规定，港口工程建设须有20年以上的实测潮位资料，对于远离验潮站的新建港口也必须至少具有1年以上的实测潮位资料，用于推求设计潮位。l我国沿海海洋站和港口都设有验潮柱（水尺）和浮筒式验潮仪，长期地、系统地记录潮位资料。Southeast University SEU13 l验潮柱（水尺）一般设在能被海水经常淹没的滨海地点。水尺一般长2m，敷设在专门的木桩上。如设立地点的水位变幅大于2m，则需使用两节或多节水尺以适应当地测量要求。水尺也可以设在码头、防波堤等建筑物上。水尺装好后，须用水准仪，根据岸上的水准点测定水已零点的高程
8、。这样，按规范规定的观测时间读出水面在水尺上的高程刻度，用下式算出当时的水位，水尺读数应准确到厘米（cm）。l水位=水尺读数水尺零点高程Southeast University SEU14 l 在水位波动不稳定时，须多观测几次，取其平均值记入观测簿，并以此值算出该时刻的水位值。l通常潮位观测应昼夜24h连续进行，每小时观测一次，在高（满）、低（枯）潮前后各半小时内，应每515min观测一次，以便取得高、低潮位及其出现时刻。观测到的潮位资料应及时绘成潮位过程线。l进行长期观测的潮位站大多使用浮筒式验潮仪，这种仪器类同第一篇所述的自记水位计。验潮仅安装在一个与海域连通的直立井筒上，见图7-14。验
9、潮仪旁仍须另设水尺和水准点，便于校正仪器的读数，并在仪器发生故障时进行潮位观测。Southeast University SEU15 l l经过整理的潮位过程线，如图7-4所示，其纵坐标为潮位，横坐标为时间，反映了潮位随时间连续变化的过程。Southeast University SEU16第三节 海岸工程设计潮位推算 l 一、基准面和特征潮位l对于海岸工程，在建设之前既要进行陆上地形勘测，还要进行海上水深测量。两者都必须要有一个高程零点，称为基准面。l一个国家和一个地区常规定一个基准面，一般选取某个永久验潮站的平均海平面作为标准基准面。我国于1956年规定青岛验潮站的多年平均海平面作为全国陆
10、地高程测量的基准面，称为“黄海基面”，以后又确定“1985国家高程基准”，比原1956黄海基面高0.0389m。欧洲地区以阿姆斯特丹验潮站的多年平均海平面作为高程的基准面；美国以波特兰验潮站的多年平均海平面作为基准面。Southeast University SEU17 l 1、平均海平面l平均海平面可分为日平均海平面、月平均海平面、年平均海平面和多年平均海平面。从分析多年内各月的月平均海平面的平均值资料来看，平均海平面具有以二年为周期的规律性变化。图7-16表示某港口多年内月平均海平面的平均值在一年内的变化，图中横轴表示月份，纵轴表示多年月平均海平面与多年平均海平面的差值，也称作月份改正数。
11、月份改正数有明显的地区性，如我国渤海、黄海7、8月份最大，东海9月份最大；南海则10、11月份最大，其原因是我国海区夏秋两季气压低，又多东南风，而冬春两季气压高，西北风强。至于平均海平面的年变化，还与天文要素有关。天文要素是以18.6年为周期变化的，所以，要得到精确的多年平均海平面，须取得19年每小时潮位的平均值。我国统一的陆地高程零点“黄海基面”，就是青岛验潮站19年的平均海平面。Southeast University SEU18 l Southeast University SEU19 l2、半潮面l半潮面是高潮的高度和低潮的高度的平均值，又称平均潮面。如果潮汐曲线呈规则的余弦曲线，半潮
12、面就与平均海平面相重合，但实际上潮汐曲线是复杂的，两者之间有差别，尤其在日潮不等显著的地方，两者相差很大。表7-2是某港1991年半潮面与平均海平面的比较。从表中可以看出，两者相差很小且差值变化不大，可视为一常数，只要把某港的半潮面加上这一常数，便可以得到平均海平面。Southeast University SEU20 l 3、理论深度基准面（又称“理论最低潮面”）l平均海平面是确定陆地高程的零点，但是，对海洋深度而言，由于潮位的升降，海面大约有一半的时间是低于平均海平面。因此，如果以平均海平面作为深度的零点进行海图标深，则实际上约有一半的时间没有那么深。为了保证航海的安全，常采用另一种基准面
13、，使得在绝大部分时间内，实际水深大于海图上所标明的深度值。关于海图深度基准面的确定，许多国家都不一样，主要有如下几种：可能最低潮位面，平均大潮低潮面，实测最低潮面等。我国于1956年以后统一采用“理论（深度）基准面”做为海图深度基准面，它是用八个分潮进行组合，通过计算所得到的理论上潮汐可能达到的最低潮面，其计算程序相当繁琐，具体步骤可参阅潮汐学有关章节。l航行基准面(长江设计最低通航水位)Southeast University SEU21 l 4、潮高基准面l潮汐表上预报潮位值的零点称为潮高基准面，它在平均海平面以下，与海图深度基准面也不一定一致。因此，任何时刻某海区某处的实际水深就等于海图
14、深度加上潮高基准面与海图深度基准面之间的差值和该海区潮汐表上的预报潮位值。潮位值是海面相对于某一基准面的差值，基准面不同，该值可以不同，它是一个相对值；水深则是海面至海底的高度，它是一个绝对值，与基准面无关。为了计算方便，对一个新的港口或海岸工程建设地点，也可以取潮高基准面与理论深度基准面相一致。Southeast University SEU22 l 5、当地零点l在我国沿海的一些地区，对于过去已建成的港口或海岸工程，历史上已经规定过一个零点，而且所有的建设资料都是以该零点为基准面，通常称之为当地（筑港）零点。这些地区，在我国未规定全国的统一深度基准面前，常习惯采用当地零点，如大连（筑港）零
15、点、大沽零点、废黄河零点、吴淞零点、珠江基面、榆林基面等。因此，在这些地区，当要参考使用以往的港口或海岸工程的建设资料时，必须弄清当地零点以及与该地区几个其它基准面之间的关系，并将各种标高换算到同一个基准面上。这个问题十分重要，如不予重视，将会给其后港口的建设和使用带来很大的干扰，这在以往的港口工程建设中是有过不少教训的。Southeast University SEU23 l6、特征潮位l潮汐现象对于港口工程设计和施工有密切的关系，工程上常用的特征潮位有如下几种：l（1）最高（低）潮位指的是历史上曾经观测到的最高（低）潮位值。l（2）平均最高（低）潮位指的是在多年潮位观测资料中，取每年最高（
16、低）潮位的多年平均值。l（3）平均大潮高（低）潮位是指取每月两次大潮的高（低）潮位的多年平均值。l（4）平均小潮高（低）潮位是指取每月两次小潮的高（低）潮位的多年平均值。Southeast University SEU24 l 各种基准面与不同的特征潮位间的相互关系如图7-17所示。Southeast University SEU25 l二、设计潮位的推算l设计潮位在港口工程的设计与施工中是一个重要的水文参数，它不仅直接关系到港口的陆域和水工建筑物的高程以及航道与港池水深，而且也影响到建筑物类型的选择和结构计算等。港口工程的规模、等级和使用情况不同，选用的设计潮位也不同。设计潮位通常包括：设计
17、高水位、设计低水位；极端高水位、极端低水位等。下面将对在有足够的实测潮位资料情况下与实测潮位资料短缺情况下，各设计潮位的推求方法分别进行介绍。Southeast University SEU26 l1、设计高、低水位的推算l设计高、低水位是指港口水工建筑物在正常使用条件下的高、低水位。对于码头而言，在设计高、低水位范围内，它应能保证设计中所考虑的各种船舶的安全靠泊与装卸作业，同时还应保证在各种设计荷载条件下，满足码头结构以及地基基础的稳定与强度要求。Southeast University SEU27 l 1）设计潮位的标准l对于海岸港的设计高、低水位，各国所采用的标准并不相同，有的国家采用平
18、均大潮高、低潮位；有的国家则采用潮位历时累积频率1%、98%的潮位。我国港口工程技术规范海港水文中规定：对于海岸港和潮汐作用明显的河口港，设计高水位应采用高潮累积频率10%的潮位，简称高潮10%；设计低水位应采用低潮累积率90%的潮位，简称低潮90%。如已有历时累积频率统计资料，其设计高、低水位也可分别采用历时累积频率1%和98%的潮位。对于汛期潮汐作用不明显的河口港，设计高、低水位应分别采用多年历时1%和98%的潮位。Southeast University SEU28 l 2）资料年限l为了确定设计高、低水位，在进行潮位累积频率统计时，应有多年的实测潮位资料或至少完整一年逐日每小时的实测潮
19、位资料。Southeast University SEU29 l 3）设计潮位的推算方法l从潮位的设计标准和要求可知，设计潮位的推算需采用两种方法：一是绘制潮位历时累积频率曲线；另一是绘制高潮或低潮累积频率曲线。下面简述两种累积率曲线的绘制方法，并进行比较。l（1）潮位历时累积频率曲线的绘制l取全年逐日每小时的实测潮位值做为原始统计数据进行频率分析。在绘制曲线之前，应仔细审查原始资料的可靠性、一致性与完整性，并对短缺或漏测资料进行插补。曲线绘制的具体步骤如下：Southeast University SEU30 l（i）找出资料中最高和最低潮位，在两者之间采用20cm（或10cm）为一级进行分
20、组。l（ii）按月统计各级潮位出现的次数，然后计算高于各组下限的潮位在一年中出现的累积次数。l（iii）设累积次数为m，总次数为n，则高于该组下限的潮位累积频率为 。l（iv）取潮位为纵坐标，累积频率P为横坐标，将各累积频率值绘于相应潮级下限处，把各点连成光滑的曲线，即为潮位历时累积频率曲线，然后在曲线上读取历时累积频率1%的潮位值做为设计高潮位，历时累积频率98%的潮位值做为设计低潮位。Southeast University SEU31 l Southeast University SEU32 l（2）高潮或低潮的累积频率曲线l它是以每日两次高潮和两次低潮的潮位值作为统计数据而绘制的累积频
21、率曲线，其绘制方法与上述方法相同。图7-19为某站高潮和低潮的累积频率曲线。根据规范规定，当设计上采用这类曲线时，常取用高潮累积频率为10%所对应的潮位作为设计高水位，低潮累积频率为90%所对应的潮位作为设计低水位。Southeast University SEU33 l Southeast University SEU34 l（3）关于两种潮位分析方法的讨论l关于历时累积频率曲线与高（低）潮累积频率曲线的相互关系，据我国十几个沿海潮位观测点的分析，可以认为历时累积频率1%的潮位，基本上相当于高潮累积频率10%的潮位，一般后者稍偏低一些，最大偏低可达15cm，个别也有偏高的，最大偏高5cm。而
22、历时累积频率98的潮位则基本上相当于低潮累积频率90%的潮位，后者最大偏高10cm，最大偏低15cm。而图7-19的实例，两者基本相等。Southeast University SEU35 l应该看到，潮位历时累积频率曲线主要缺点有二，一是需要资料多，工作量大，容易出错；二是它虽然可以提供高于某一潮位的历时，在一年内可能有多少小时，但不能给出这些历时出现在多少天内。有些港口以往就已有潮位历时累积频率曲线，1949年后各沿海港口又继续绘制潮位历时累积频率曲线，这些曲线考虑了潮汐变化周期，用数年资料绘制而成。因此，在这些地区新建工程时，仍可以应用潮位历时累积频率曲线推求设计水位。对于入海河口区和某
23、些受河川泄流影响的海区，由于汛期河流洪水位的变化超过潮位的变化，所以不能用高潮、低潮累积频率曲线推求设计水位，这时应该用潮位历时累积频率曲线推求设计水位。在进行码头前装卸作业时间的计算时，也需要用潮位历时累积频率曲线。Southeast University SEU36 l（4）乘潮潮位累积频率曲线。l为了降低进港人工航道水深标准，沿海港口和船坞的船舶常利用潮差乘潮进出，所以，需要统计高潮水位持续的时间。为了保证船舶的安全，应根据船舶进出密度和航行要求，选定合理的持续时间t，确定水位达到和超过该潮位的累积频率P，以此来推求高潮乘潮水位。具体步骤如下：l在潮位过程线上，量取各次潮峰上历时为t小时
24、的潮位，统计其在不同水位级内的出现次数。l其余步骤与高潮（潮峰）累积频率曲线的绘制步骤相似，绘出持续时间为t（t）的高潮乘潮水位累积频率曲线。l按设计要求，从上述曲线上读取累积频率为P的潮位数值。Southeast University SEU37 l2、极端高、低水位的推算l极端水位是指港口建筑物在非正常工作条件下的高、低水位。这种水位是由于寒潮、台风、低压、地震、海啸所造成的增减水与天文潮组合而成的，其重现期是以几十年来计算的。因此，在出现这种水位时，并不要求港口建筑物能正常使用，但却要求，非靠船作业时，码头在各种荷载作用下，各部分结构和地基仍有必要的安全度。Southeast Unive
25、rsity SEU38 l1）极端潮位的标准l过去，我国在设计中曾采用历年最高、低潮位作为极端高、低水位。从全国各港口的潮汐资料来看，随着年代的增长，历年最高、最低潮位的数值会有较大的差异。由调查得到的历史最高、最低潮位，同样存在着这个问题，且数值更不可靠。此外，对特高、特低潮位的取舍，也无明确的标准。为了克服上述缺点，我国海港水文规范中规定，采用年频率统计的方法推求50年一遇的高、低潮位作为极端水位。这样所推求的潮位具有明确的统计含义，且对于其它一些特殊水位也可在规定重现期的基础上予以确定。Southeast University SEU39 l 2）资料年限l为了确定极端高、低水位，在应用
26、频率分析方法进行统计分析时，要求应具有不少于20年的年最高、最低潮位实测资料，并须调查历史上出现的特殊水位。Southeast University SEU40 l3）极端水位的推算方法l对于半日潮条件下的港口，每年的潮位观测资料将有700多个高潮和低潮，它们是在天文因素、气象因素等综合作用下出现的。虽然每天出现的由天文因素引起的高、低潮位是可以预报的，但受气象和其它因素影响较特殊的一些潮位却呈现出随机的特征，这些潮位可以近似地看作是一个有K个随机变量的系列。在此系列中有一个最大值，即一年的最高潮位xa，也有一个最小值，即一年中的最低潮位xb。一年的潮位系列，其分布C（x）称为原始分布，而最大值或最小值为极值，因此，其分布称为极值分布，这个极值分布可以根据原始分布C（x）来求得。l我国的海港水文规范中规定，高（低）潮位的频率分布曲线采用耿贝尔（EJGumbel）曲线。Southeast University SEU41 l 也仅与p和n有关；已经计算后制成表格（附表4）。和Sx可由实际观测资料算出。