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1、1 汇报-浅海工程设计 2 第一篇 潮汐 3 目 录 v第一节 潮汐概述 v第二节 风暴潮简要介绍 v第三节 设计水位 第一节 潮汐概述 潮汐：地球表面水体受月球、太阳引力作用而产生的海面周期 性起伏现象。 一 影响潮汐变化的天文因素 基本术语 天球、天顶、天底、天极 子午圈：过南北天极和某地的天顶、天底的大圆 中天：天体经过观测站子午圈的时刻 天赤道、赤经、赤纬 黄道（面）：观测者在一年内所看到的太阳视运动轨迹（面），与赤道 面交角2327，与赤道面由南向北交点为春分，与赤道面由北向南交点为秋 分，北南赤纬最大点为夏至和冬至 白道（面）：观测者在一年内所看到的月球视运动轨迹（面）与赤道面 交
2、角2835- 1819 ，与黄道面交角58； 白道面与黄道面交点不停地沿黄道面自东向西运动，每年约20，经18.61 年后回到原点，潮汐变化的长周期。 平太阳日（日、天）：一回归年中各真太阳日的平均值为平太阳日 （24h） 回归年：太阳连续两次经过春分点的时间间隔（365.24天） 平太阴日：月球连续两次经过观察站天顶的时间为间隔太阴日，各 太阴日的年平均值平太阴日。（24小时50分） 朔望月：月球绕地球运动，并一起绕太阳公转。月球从满月的位置 出发，再回到该位置的时间间隔（29.53天） 二 潮汐现象 1、潮汐要素 高潮、低潮；涨潮、落潮；潮高、潮差；潮时、历时。 低潮 高潮高潮 潮差 低高
3、潮 潮高基准面 落 潮涨 潮 高 度 时间 落潮历时涨潮历时 高 潮 高 低 潮 高 平潮 停潮 2 潮汐类型 1）半日潮：一个太阳日内两次高潮和两次低潮。 2）日潮：一个太阳日内一次高潮和一次低潮。 3）混合潮：不规则日潮和不规则半日潮。 某处出现不同类型潮汐，是由该处的位置和太阳、月球 和地球三者空间位置决定的。 低潮 高潮高潮 潮差 高低潮 高潮 高高潮 低高潮 低低潮 全日潮 混合潮 半日潮 三 潮汐成因 1 潮汐椭圆与地球月运动 潮汐椭圆：按潮汐静力学理论，覆盖在地球表面的海水，在 月、日引力作用下，海面形成椭圆球体。 地球月运动：地球中心绕地月质心的运动。 地球绕地、月共同质心的运
4、动是轨迹为圆周的平移运动，在平移过程中，地 心、月心和地月质心恒在一条直线上。 天文学结论：当地球绕地月质心转动时，地表各点处的离心力大小相等 ，且大小和方向都与地心处的质点离心力相同。 fe M E x y 地月离心力 R=6371.221km,x=4650km G Y/X=E/M X=0.73r 月球引力（万有引力） （月球的引力为太阳引力的2.17倍） 地球上各点的月球引力不相同 fgfe M M E E x y 月球引力 （万有引力） 地月离心力 R=6371.221km,x=4650km 2 月球引潮力 平衡潮理论假设： 地表覆盖着等深度的海水，忽略海水运动的惯性力、柯氏 力、海底边
5、界摩阻力。 Moon Earth 地月离心力万有引力 月球引潮力示意图 月球引潮力 AB C D 四 潮汐不等现象 1.日不等现象 某点处每日两次高潮，两次低潮不等，因为月球赤纬角变化 而引起 2.半月不等现象 地球，太阳和月球三者空间关系不同，形成朔望潮（初一和 十五）和方照潮（上弦：初七、初八，下弦：廿二、廿三）。 3.月不等现象 月球绕地球椭圆轨道运转，每月一次远地潮，一次近地潮。 4.年不等现象 地球绕太阳椭圆轨道运转，每年中地日距离不断变化造成。 5.多年不等现象 黄道与白道交点以周期为18.61年不断移动而引起 M 北 南 A M 北 南 A 赤纬角 潮汐日不等示意图 Sun Mo
6、on Earth Sun Earth Moon 潮汐半月不等现象 日、地、月成直角关系 日、地、月在直线上 初一:新月或朔月 初七:上弦 月 十五:望月或满月 二十三:下弦月 潮 差 小 潮差大 (1)图中深绿色正圆表示 地球，其上红色箭头表 示地球的自转 （2）外圈红色箭头表 示月球的公转方向 （3）两个浅绿色椭圆 表示太阳、月球对地球 的引力，两者横向叠加 出现大潮，垂直叠加出 现小潮； （4）日地月三者关系 图应与左下角潮差变化 图对应分析大、小潮与 月相变化的关系。 潮汐月不等和年不等现象示意图 Sun Moon Earth 五 基准面与特征潮位 海岸与海洋工程中，高程测量和水深测量的
7、起算面 （零面）称为基准面。 1.平均海平面 全国统一采用“黄海平均海平面” 作为陆地高程起算面，它是青岛 验潮站多年（ 19 年）的每小时潮位 观测记录的平均潮平面。随着观测资 料的积累，重新核算的“1985 国家高 程基准”比“1956黄海高程基准”高0.0389m 。 2. 海图深度基准面 由于潮位的升降，实际海面大约有一半时间低于平均海 平面，如果以平均海平面作为深度起算面，那么实际水深将 有一半左右时间小于海图中标出的水深。为了保证航海安 全，海图中标出的深度最好接近最小深度，即在绝大部分 时间内，实际水深大于海图水深。为此，海图深度基准面 即潮汐可能到达的最低潮面， 潮汐表 上所预
8、报的潮位值也有一个起算面， 这个起算面称为潮高基准面。它是平均海平面下的一 个面，在 潮汐表 中都有注明，它与海图深度基 准面不一定一致，因此任何时刻某海区某处的实际水 深就等于海图深度加上这两个基准面之间的差值和该 海区 潮汐表 上的潮位预报值。 3. 潮高基准面 4. 筑港零点 在附近地区已经建有港口时，由于这些港口建设初期已经 规定了一个零点，而且一些历史资料都以这个零点为基准， 所以把它称为筑港零点。 工程上常用到的特征潮位： 1）最高潮位及最低潮位 指历史上曾观测到的最高和最低潮位。 2）平均最高潮位及平均最低潮位 将多年潮位资料中每年的最高和最低潮位进行平均得到 的值。 3）大潮平
9、均最高潮位及大潮平均最低潮位 将每月的两次大潮潮位取多年平均得到的值。 4）小潮平均最高潮位及小潮平均最低潮位 将每月的两次小潮的潮位取多年平均得到的值。 第二节 风暴潮简要介绍 风暴潮：又称气象潮，是一种由非天文因素(海面强风或气压骤变等)引起的海面 异常升降现象，使水位大大超过正常潮位。 20070304风暴潮.flv 强风和气压骤变常常引起风暴潮，并在沿海地区造成很大灾害。依据诱发风暴潮 的大气扰动特征，通常可把风暴潮分为热带风暴（台风、飓风等）引起的风 暴潮和温带气旋引起的风暴潮两类，其区别在于前者一般伴随急剧的水位变 化，后者的水位变化是缓慢而持续的。 风暴潮的形成可以这样描述：当海
10、上突然出现一个风暴，风暴中心气压降低，并 引起此处海面上升。同时，风暴中心周围的强风以湍流切应力的作用引起表 面海水形成一个与风场同样的气旋式的环流，但由于地球自转形成的地转偏 向力的作用，海流在北半球将向右偏，形成一个表面海水的辐散。由于海水 运动的连续性，深层海水必将上涌补偿，这样又在深层海水中形成一个辐聚 ，深层海水的辐聚又由于地转偏向力的影响形成一个环流。一时间，深层环 流、海水上涌、海面环流、风场低压共同引起局部海面隆起，并以孤立波形 式随着风暴的移动而传播，与此同时，也形成了由风暴中心向四面八方传播 出去的自由长波，于是乎，风暴潮形成。 我国风暴潮具有如下四个特点： 1风暴潮发生的
11、次数频繁； 2风暴潮一年四季均可发生； 3风暴潮潮位高、增水大； 4形成风暴潮的影响因素复杂。（寒潮、低压、台风） “ “飞燕飞燕” ”风暴潮袭击福州巨轮被卷上岸边风暴潮袭击福州巨轮被卷上岸边 风暴潮的形成外在因素： l一是有利的地形，即海岸线或海湾地形呈 喇叭口状，海滩平缓，使海浪直抵湾顶，不 易向四周扩散。 l二是持续的刮向岸大风，如经常出现的秋 冬季寒潮东北风、夏季台风和热带气旋带来 的东南风。由于强风或气压骤变等强烈的天 气系统对海面作用，导致海水位急剧升降。 l三是逢农历初一、十五的天文大潮、它是 形成风暴潮的主体。当天文大潮与持续的向 岸大风遭遇时，就形成了破坏性的风暴潮。 第三节
12、设计水位 一、设计水位的概念 设计水位指设计潮位，包括设计高水位、设 计低水位、校核高水位、校核低水位。 1.设计高、低水位：指建筑物在正常使用条件 下的高、低水位。 2.校核高、低水位：指建筑物在非正常使用条 件下的高、低水位，非正常使用条件指在存在 天文潮的同时又存在风暴潮、低压、海啸等非 天文因素的情况。此时水位为正常潮位与非天 文增水之和。 二、设计水位的确定(我国沿海港口工程技术规 范) 1.设计高水位：从高潮位累积频率（P=m/n）曲线 查取10%累积频率对应的潮位为设计高潮位。 2.设计低水位：从低潮位累积频率曲线查取90%累 积频率对应的潮位为设计低潮位。 三、校核水位的确定
13、利用多年的最高（低）潮位资料，拟合某一极值理 论分布曲线，推算50年或100年一遇的极高潮位或极低 潮位，作为校核水位。 累积频率 P 潮位 5.0 3.0 1.0 0.100.90 高潮位累积频率曲线 低潮位累积频率曲线 潮位累积频率曲线 31 第二篇 海浪 32 目 录 v第一节 波浪概述 v第二节 前进波、驻波和群波 v第三节 风浪、涌浪和近岸浪 v第四节 统计波高与设计波浪 v第五节 小特征尺度结构的波浪荷载 33 第一节波浪概述 一、波浪要素 v波峰波面的最高点 。 v波谷波面的最低点 。 v波高（H）相邻波 峰与波谷之间的垂直 距离。 v波长（）相邻两 波峰或相邻两波谷之 间的水平
14、距离。 v波幅（a）波高的 一半，a=H/2。 34 波浪要素 v波陡（）波高与波长之 比，H/。 v周期（T）相邻的两波峰 或两波谷相继通过一固定点 所需要的时间。 v频率（f）周期的倒数，f 1/T。 v波速（C）波峰或波谷在 单位时间内的水平位移（波 形传播的速度），C/ T 。 v波峰线通过波峰垂直于 波浪传播方向的线。 v波向线波形传播的方向 线，垂直于波峰线。 由于不同波长的波浪其传播速度并不一样，因此同一波源 所产生的各种不同频率波浪在向外传播时会发生分离的现 象，此即色散现象(Dispersion)例如台风尚在远海，但长 涌已先至海滨又如向水潭丢石产生圆形重力波，外缘为 长波，
15、内侧波长较短。 36 二、波浪的分类 v（1）风浪和涌浪 风浪：风的直接作用引起的水面波动（无风不起 浪）。 涌浪：风浪离开风区传至远处，或者风区里风停 息后所遗留下来的波浪（无风三尺浪） v（2）潮波 海水在月球和太阳引潮力作用下发生的长周期波 称为潮波。由此引起的海面周期性涨落称为潮汐 ，所引起的海水周期性的水平流动称为潮流。潮 汐波又称潮波或天文潮。 1. 按成因分类 37 （3）海啸（地震波） v由于海底或海岸附近发生地震或火山爆发所 形成的海面异常波动。 v特点：周期长，波长长，波速大，在外海坡度很 小，当传至近岸时，波高剧增。 v世界上常受海啸袭击的国家和地区有：日本、菲 律宾、印
16、度尼西亚、加勒比海、墨西哥沿岸、地 中海。 38 （4）风暴潮 v由强烈的大气扰动（强台风、强锋面气旋 、寒潮大风等）引起的海面异常上升现象 。 v主要原因： 海面气压分布不均匀气压每下降1hPa，海 面约升高1cm； 大风风暴向岸边移动时，受强风牵引海水 涌向岸边，海面升高，升高幅度与风速的平方 成正比。 v我国风暴潮多发区：莱州湾、渤海湾、长 江口至闽江口、汕头至珠江口、雷州湾和 海南岛东北角，其中莱州湾、汕头至珠江口是 严重多发区。 39 风暴潮 40 （5）内波 v在海洋中，密度相差较 大的水层界面上的波动 。 v内波对航海的影响： “死水”，船舶难以前 进； 共振，船舶摇摆幅度大 大增加。 v克服内波的措施 改变航向航速。 41 海浪大部分能量集中在周期412s的范围内，属重力波 范围。最常见的重力波是风浪和涌浪。 2. 按周期或频率分类 42 3.按水深相对于波长的大小分类 v深水波 水深大于1/2波长 波速与波长和周
