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1、会计学1桥涵水文桥涵水文(shuwn)海洋水文海洋水文(shuwn)第一页，共32页。第1页/共32页第二页，共32页。第2页/共32页第三页，共32页。（2 2）该平衡潮理论可以解释潮汐的存在，）该平衡潮理论可以解释潮汐的存在，但是，不能很好的预测潮汐出现的时间以但是，不能很好的预测潮汐出现的时间以及海洋上一些地方不能形成明显的半日潮及海洋上一些地方不能形成明显的半日潮的原因（如在西澳大利亚海岸）。于是一的原因（如在西澳大利亚海岸）。于是一种动力潮理论认为，潮汐是一个绕着地球种动力潮理论认为，潮汐是一个绕着地球表面运动的长波，是受天文吸引力与旋转表面运动的长波，是受天文吸引力与旋转力控制的强
2、制波。拉普拉斯（力控制的强制波。拉普拉斯（1749-18271749-1827）利用复杂的偏微分方程组描述利用复杂的偏微分方程组描述(mio sh)(mio sh)了了潮汐动力的相互作用。现代人利用大型计潮汐动力的相互作用。现代人利用大型计算机对此进行求解。算机对此进行求解。第3页/共32页第四页，共32页。（3）在每月的初一十五，太阳月亮地球位于一条直线上，潮汐引力最大，形成的潮差最大，称为大潮或者朔望潮，在上弦与下弦，地月日处于直角位置，日月(ryu)引力相互抵消一部分，此时的潮差最小，称为小潮或者方照潮。在海水粘滞性的与地形影响下，大小潮会在朔望或者上下弦13天后出现。第4页/共32页第
3、五页，共32页。高潮间隙：从月中天到高潮出现的高潮间隙：从月中天到高潮出现的时间间隔。时间间隔。低潮间隙：从月中天到低潮出现的低潮间隙：从月中天到低潮出现的时间间隔。时间间隔。潮汐的三种类型潮汐的三种类型 1、半日潮、半日潮：一个太阴：一个太阴(tiyn)日日内（内（24小时小时50分）出现两次高潮分）出现两次高潮与两次低潮，潮位时间曲线为对与两次低潮，潮位时间曲线为对称的余弦曲线。称的余弦曲线。2、日潮：、日潮：在一个太阴在一个太阴(tiyn)日日内出现一次高潮与低潮，潮位时内出现一次高潮与低潮，潮位时间曲线为对称的余弦曲线。间曲线为对称的余弦曲线。3、混合潮：有不规则半日潮，半混合潮：有不
4、规则半日潮，半月的少数日子里两次高潮与低潮月的少数日子里两次高潮与低潮的高度历时都不相同；不规则日的高度历时都不相同；不规则日潮则是半月中多数时间是日潮，潮则是半月中多数时间是日潮，其余日子里是不规则半日潮。其余日子里是不规则半日潮。第5页/共32页第六页，共32页。第6页/共32页第七页，共32页。二、二、科氏力科氏力 在研究大尺度风与海流系统运动的时候，海洋学家和气象在研究大尺度风与海流系统运动的时候，海洋学家和气象学家必须考虑地球转动的影响，这种影响称为科氏效应，由法学家必须考虑地球转动的影响，这种影响称为科氏效应，由法国数学家国数学家Gaspard Coriolis(1792-1843
5、)提出的。提出的。定性定性(dng xng)地说，在北半球，它使运动着的水质点向运地说，在北半球，它使运动着的水质点向运动运动方向的右侧偏离；在南半球则相反。动运动方向的右侧偏离；在南半球则相反。正是这种科式力的作用，使得大范围的水流运动方向往往与正是这种科式力的作用，使得大范围的水流运动方向往往与压力梯度线平行而不是垂直。压力梯度线平行而不是垂直。第7页/共32页第八页，共32页。三、基准面三、基准面 黄海平均海平面：是青岛验潮站的多年（一般取黄海平均海平面：是青岛验潮站的多年（一般取19年）年）平均海平面（平均海平面（19年每小时潮位观测记录年每小时潮位观测记录(jl)的平均值）。的平均值
6、）。四、海流四、海流 海流是海洋中的流动的水流，引起海流的原因主要有：海流是海洋中的流动的水流，引起海流的原因主要有：天体引潮力所引起的潮流；因为风的切应力作用于海面产天体引潮力所引起的潮流；因为风的切应力作用于海面产生的风海流；由于近海岸波浪破碎而引起的水平方向的波生的风海流；由于近海岸波浪破碎而引起的水平方向的波流；或者是由于海面大气压力、海洋水温与盐度分布不均流；或者是由于海面大气压力、海洋水温与盐度分布不均匀形成的梯度流。匀形成的梯度流。第8页/共32页第九页，共32页。五、设计潮位的推算 有n个年最高潮位观测值时，不同重现期的高潮位可采用耿贝尔曲线分布计算。给定频率P的随机变量为：式
7、中：给定频率P（%）相应的随机变量；随机变量系列(xli)的均值；随机变量系数的均方差；与频率P和系列(xli)变量n有关的参数。耿贝尔分布主要是应用在那些求极值分布的计算中，比如高潮位与低潮位的频率分布。第9页/共32页第十页，共32页。第二节第二节 海岸海岸(hi n)(hi n)和海口和海口第10页/共32页第十一页，共32页。一、海岸一、海岸(hi n)近代研究认为，海岸近代研究认为，海岸(hi n)与河口地区是生命活动最与河口地区是生命活动最为旺盛的地区。也是原始生命诞生的主要场所。在这里，为旺盛的地区。也是原始生命诞生的主要场所。在这里，物质交换非常频繁。海底泥沙在波浪、潮汐、海流
8、等动力物质交换非常频繁。海底泥沙在波浪、潮汐、海流等动力作用下运动，形成了海岸作用下运动，形成了海岸(hi n)演变过程。演变过程。沙质海岸沙质海岸(hi n)、淤泥质海岸、淤泥质海岸(hi n)第11页/共32页第十二页，共32页。二、河口：河流流入海洋、湖泊以及二、河口：河流流入海洋、湖泊以及(yj)支流入干流的地方。支流入干流的地方。河口可划分为：口外海滨段，河口段与近口段。河口可划分为：口外海滨段，河口段与近口段。潮流界：将潮流到达河流最远处称为潮流界。潮流界：将潮流到达河流最远处称为潮流界。潮流区：在潮流界的上游，虽然潮流不能到达，但是水位却有潮流区：在潮流界的上游，虽然潮流不能到达
9、，但是水位却有受潮流影响而产生的周期性变化，直到此影响消失处，称为潮区界。受潮流影响而产生的周期性变化，直到此影响消失处，称为潮区界。潮区界与潮流界部分为近口段。在潮流界以下的河段，水流的潮区界与潮流界部分为近口段。在潮流界以下的河段，水流的流向经常受到潮流的影响经常发生顺逆流向的周期性变化。流向经常受到潮流的影响经常发生顺逆流向的周期性变化。第12页/共32页第十三页，共32页。第13页/共32页第十四页，共32页。第三节第三节 波波 浪浪第14页/共32页第十五页，共32页。海浪一般是风浪、涌浪以及涌浪传播到海岸所引起的近岸波的总称。风浪是在风在直接(zhji)持续作用下产生的波浪；涌浪是
10、在风停止后，海面存在的波浪或传到无风区的波浪。第15页/共32页第十六页，共32页。一、波浪 1、波浪要素和名称 波峰：波面的最高点 波谷：波面的最低点 波高H：相邻波峰与波谷的竖直(sh zh)距离（m）波长L：相邻两波峰或两波谷间的水平距离 周期T：波浪起伏一次所需的时间 波速c：波面移动的速度，即单位时间内波动传播的水 平距离(m/s)，c=L/T 前进波：在海面上形成后，向岸边传播的波浪。第16页/共32页第十七页，共32页。2、水体的简易波动理论，首先、水体的简易波动理论，首先(shuxin)是由是由G.B.Airy(18011892)提出的提出的,他提出了在任意深度他提出了在任意深
11、度,平坦地形下波动传播的理论平坦地形下波动传播的理论,指出这些波动的恢复力为重力指出这些波动的恢复力为重力,并有两种极端形式并有两种极端形式:深水波与浅深水波与浅水波。水波。深水波：在水深大于一半波长处的前进波。深水波：在水深大于一半波长处的前进波。深水波波速深水波波速c=（g/2）0.5 为波长为波长，g为重力加速度为重力加速度浅水波：在水深向岸边传播，水深浅水波：在水深向岸边传播，水深d小于半波长。小于半波长。c2=(g/2)(th 2h/)h 为水深为水深,th为双曲正切函数为双曲正切函数 thx=(ex-e-x)(ex+e-x)(显然，当显然，当x为无穷大的时候为无穷大的时候，thx
12、为为1)第17页/共32页第十八页，共32页。（3）波的能量）波的能量 波的能量传播是以波包的方式进行的，波能随着波高的平方而增波的能量传播是以波包的方式进行的，波能随着波高的平方而增加。加。（4）波浪的折射反射）波浪的折射反射(fnsh)与绕射与绕射 在海岸，水深变浅，波速变缓，波峰线会发生折射的现象，类似在海岸，水深变浅，波速变缓，波峰线会发生折射的现象，类似光线的折射。光线的折射。第18页/共32页第十九页，共32页。第19页/共32页第二十页，共32页。（5）海浪的破碎）海浪的破碎 在深水中形成的前进波进入海滩之后，水深变浅，波陡增大在深水中形成的前进波进入海滩之后，水深变浅，波陡增大
13、（波陡是波高（波陡是波高 与波长的比例），波峰速度快，波谷速度慢，与波长的比例），波峰速度快，波谷速度慢，（因为波速与水深有关了），使得波面倾倒破碎；波浪破碎后，（因为波速与水深有关了），使得波面倾倒破碎；波浪破碎后，水质点继续水质点继续(jx)向前移动，称为击岸波；击岸波继续向前移动，称为击岸波；击岸波继续(jx)向向前传播并破碎，最后形成击岸水流，水流在岸边涌高，再向海前传播并破碎，最后形成击岸水流，水流在岸边涌高，再向海回流。回流。第20页/共32页第二十一页，共32页。第21页/共32页第二十二页，共32页。第22页/共32页第二十三页，共32页。二、海浪固定点波高的统计分析二、海浪固
14、定点波高的统计分析 波浪要素波浪要素(yo s)的长期统计分布：皮三分布的长期统计分布：皮三分布 波浪要素波浪要素(yo s)的短期统计分布：雷利（的短期统计分布：雷利（Rayleigh）分布）分布第23页/共32页第二十四页，共32页。n深水波频率分布(fnb)（累积频率）函数n模比系数 与累积频率P（%）的关系为：n 第24页/共32页第二十五页，共32页。n设计波浪的两个标准是：波浪高度和周期的频率。设计波浪的两个标准是：波浪高度和周期的频率。n波列累积频率：指在实际海面上不规则波列的出现波列累积频率：指在实际海面上不规则波列的出现(chxin)频繁，它代表波浪要素的短期统计分面。频繁，
15、它代表波浪要素的短期统计分面。n显著波：取观测波列的连续显著波：取观测波列的连续100个波，其中前个波，其中前10个大波的平个大波的平均值作为特征波高，称为均值作为特征波高，称为1/10大波或显著波。大波或显著波。n有效波：取波列中前有效波：取波列中前1/3大波的平均值作为特征波高，称为大波的平均值作为特征波高，称为1/3大波或有效波。大波或有效波。第25页/共32页第二十六页，共32页。三、不同重现期设计波浪推算三、不同重现期设计波浪推算 波浪要素的长期统计分布：皮三分布波浪要素的长期统计分布：皮三分布 波浪高度和周期波浪高度和周期(zhuq)的频率分析方法：适线法的频率分析方法：适线法四、
16、我国的风况和海浪概况四、我国的风况和海浪概况第26页/共32页第二十七页，共32页。第四节第四节第四节第四节 波浪波浪波浪波浪(blng)(blng)(blng)(blng)对桥梁墩台的作用力对桥梁墩台的作用力对桥梁墩台的作用力对桥梁墩台的作用力第27页/共32页第二十八页，共32页。圆柱及其他形状桩柱的波浪力圆柱及其他形状桩柱的波浪力一、分析一、分析 1、水流对墩台的作用力等于、水流对墩台的作用力等于(dngy)墩台使水流速度发生改变的反墩台使水流速度发生改变的反作用力。墩台上每点受到的波浪力都可以通过求该点速度的作用力。墩台上每点受到的波浪力都可以通过求该点速度的时间微分来得到。时间微分来
17、得到。2、水体本身存在一个对其他物体的压力。、水体本身存在一个对其他物体的压力。3、因此，墩台所受到的水流波浪力应该是、因此，墩台所受到的水流波浪力应该是1、2两因素形成的合力。两因素形成的合力。第28页/共32页第二十九页，共32页。二、数学公式表达 对于第1因素形成的力（驻点压力），我们可以得到以下公式：该公式说明速度压力（驻点压力）是与速度的平方以及柱体阻水投影面积(min j)成正比的，该公式也表明，这个力是由于水流的动能转化为压能而来的。第29页/共32页第三十页，共32页。对于(duy)第2因素形成的力（惯性压力），我们可以得到以下公式：该公式说明波浪对柱形建筑物的惯性压力是与速度的改变以及柱体的横断面面积成正比例的。*（建议大家参考相关流体力学或者水力学书籍中绕流与边界层章节）第30页/共32页第三十一页，共32页。第31页/共32页第三十二页，共32页。