桥涵水文第五章海洋水文

第五章海洋水文

第一节潮汐和潮流一、潮汐与潮流潮汐：是日、月引潮力引起的海洋水面周期性的升降运动。潮流：潮汐引起的海水周期性的水平进退流动。（1）牛顿（1642-1727）首先提出了天体相互引力作用而产生海洋潮汐的理论。牛顿与伯诺里假定地球表面海水等深，海水在地月系统的惯性离心力与引力的共同作用下，使海水在地球表面向着月球与背着月球的两个方向移动，从而形成一个椭圆球体，该水圈即潮汐椭圆。

（2）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力控制的强制波。拉普拉斯（1749-1827）利用复杂的偏微分方程组描述了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。

（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1~3天后出现。

高潮间隙：从月中天到高潮出现的时间间隔。低潮间隙：从月中天到低潮出现的时间间隔。潮汐的三种类型

1、半日潮：一个太阴日内（24小时50分）出现两次高潮与两次低潮，潮位时间曲线为对称的余弦曲线。

2、日潮：在一个太阴日内出现一次高潮与低潮，潮位时间曲线为对称的余弦曲线。

3、混合潮：有不规则半日潮，半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。二、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GaspardCoriolis(1792-1843)提出的。定性地说，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。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。

三、基准面黄海平均海平面：是青岛验潮站的多年（一般取19年）平均海平面（19年每小时潮位观测记录的平均值）。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：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。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：式中：－给定频率P（%）相应的随机变量；－随机变量系列的均值；－随机变量系数的均方差；－与频率P和系列变量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。

第二节海岸和海口

一、海岸近代研究认为，海岸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，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，形成了海岸演变过程。沙质海岸、淤泥质海岸

二、河口：河流流入海洋、湖泊以及支流入干流的地方。河口可划分为：口外海滨段，河口段与近口段。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。第三节波浪

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。风浪是在风在直接持续作用下产生的波浪；涌浪是在风停止后，海面存在的波浪或传到无风区的波浪。

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。2、水体的简易波动理论，首先是由G..B.Airy(1801—1892)提出的,他提出了在任意深度,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,并有两种极端形式:深水波与浅水波。深水波：在水深大于一半波长处的前进波。深水波波速c=（gλ/2π）0.5λ为波长，g为重力加速度浅水波：在水深向岸边传播，水深d小于半波长。

c2=(gλ/2π)(th2πh/λ)h为水深,

th为双曲正切函数thx=(ex-e-x)／(ex+e-x)(显然，当x为无穷大的时候，thx为1)

（3）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加。（4）波浪的折射反射与绕射在海岸，水深变浅，波速变缓，波峰线会发生折射的现象，类似光线的折射。

（5）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（波陡是波高与波长的比例），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，水质点继续向前移动，称为击岸波；击岸波继续向前传播并破碎，最后形成击岸水流，水流在岸边涌高，再向海回流。二、海浪固定点波高的统计分析波浪要素的长期统计分布：皮三分布波浪要素的短期统计分布：雷利（Rayleigh）分布深水波频率分布（累积频率）函数模比系数与累积频率P（%）的关系为：

设计波浪的两个标准是：波浪高度和周期的频率。波列累积频率：指在实际海面上不规则波列的出现频繁，它代表波浪要素的短期统计分面。显著波：取观测波列的连续100个波，其中前10个大波的平均值作为特征波高，称为1/10大波或显著波。有效波：取波列中前1/3大波的平均值作为特征波高，称为1/3大波或有效波。三、不同重现期设计波浪推算波浪要素的长期统计分布：皮三分布波浪高度和周期的频率分析方法：适线法四、我国的风况和海浪概况第四节波浪对桥梁墩台的作用力圆柱及其他形状桩柱的波浪力一、分析

1、水流对墩台的作用力等于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时间微分来得到。

2、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1、2两因素形成的合力。

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