第六章_新

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。
北
M A
M
北
A 赤纬角 南
南
潮汐日不等示意图
Earth Sun Moon 日、地、月在直线上
Moon
Earth 日、地、月成直角关系
Sun
潮汐半月不等现象
Sun Moon Earth
潮汐月不等和年不等现象示意图
六 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。
F mv F mh
3 GMr D
3
(cos
2

1 3
)
3 GMr 2 D
3
sin 2
D B
Moon
A
Earth
C地月离Biblioteka 力万有引力月球引潮力
2) 潮高
月球平衡潮潮高
式中：G--万有引力常数；M--月球质量；S--太阳质量；E--地 球质量； --天顶距;r--地球半径；D，D‘--月地、日地间距。
Moon
C
地月离心力
万有引力
月球引潮力
月球引潮力示意图
3 引潮力计算
1) 引潮力势 地面水质点受到引潮力的作用,将该点单位质量水质点沿 地心方向移至地心处所作的功称为该点的引潮力势.
月球引潮力势： 太阳引潮力势： 月球引潮力： 太阳引潮力：
v-垂直分力，指向地心为负；h-水平分力，背向天体为负 式中：G--万有引力常数；M--月球质量；S--太阳质量；E--地球 质量； --天顶距;r--地球半径；D，D‘--月地、日地间距。
r为参与统计的每一个数据所代表的时间（单位为年）。
实例：某海域只有一年的有义波高实测资料，共有数据4421个， 每一个数据代表2小时时段内的有义波高值，求该海域今后50 年一遇的有义波高值。
注：H1/3又称为“有义波高”
计算步骤： (1) 将4421个波高值按大小分档统计，并建立表格； (2) 将各级波高Hs与相应的概率G(HS)描绘于概率纸上； (3) 拟合一条最佳直线； (4) 计算超值累积概率G(Hs)与重现期的关系：
二、著名海啸及危害
三、海啸波浅水变形
海啸波传播过程中，波浪周期不变，有以下关系：
Ts Tq
海啸波在浅水区波长变短
假设进入浅水 区后波能不变
下标q-浅水,s-深水
第五节设计水位
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
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
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
23∘27′，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）与赤道面交角 28∘35′- 18∘19′ ，与黄道面交角5∘8′； 白道面与黄道面交点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。
●
0. 0
累积概率分布曲线
●
●
1.0 累积概率G(x)
年最大波高的长期分布
在同一设计标准下应用不同的长期分布理论，会有不同的 设计条件，而设计环境条件（或设计环境载荷）的变化，对工 程总投资的影响比较敏感。如
随机事件的分布规律：对数正态分布、龚贝尔（Gumbel）
极值分布、伽马（Gamma）分布、魏伯尔（Weibull）分布等
第六章 海面高程变化
第一节 概述
一 海面高程变化的原因
1 潮汐 （天文潮，12-24hr）引起水位变化 引起水 2 风暴潮 （气象潮，数分钟-数小时）
位变化，动力作用。
3 海啸（数分钟-数小时） 引起水位变化，动力 作用。 4 闭合海湾内的水面大周期振荡现象（假潮，数分 钟-数小时）
二 海面高程变化对工程结构和工程活动的影响（海面 高程变化研究的意义）
2 数值计算法
以风应力和气压剃度力为基础计算风暴潮的运动方程。
第四节 海啸
一、海啸成因、条件与现象
1.海啸成因：由海底火山喷发、海底地震或陆架地震引 起海底大面积隆起或大面积塌陷，使海水剧烈运动。 2.形成条件：震源水深大于4m，强度里氏6。5级以上。 3.现象：这是一种长周期、小振幅的海洋散射波，传播 速度极快，可达数百公里/小时。在深海高速传播，无危 害；到达浅水区后，波高陡增，形成波墙，水位大大上升， 造成灾害。
涨潮历时 潮
高潮
潮差
高 潮 高 低 潮 高
潮
涨
时间
低潮
停潮
低高潮
潮高基准面
2
特征潮位 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 3）大潮平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。
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。
二、风暴潮分类及特征
名称
1.热带风暴潮：由台风引起的风暴潮 2.温带气旋风暴潮：由温带气旋引起 缓慢。 3.冷锋风暴潮： 续缓慢。 由冷暖气团活动引起
特征
潮位变化急剧。 潮位变化持续
潮位变化持
三、风暴潮的形成及传播
1 风暴潮的形成（以热带风暴潮为例）
1）低压气旋形成移动的低压区，将海面吸升。 2）升高的海面随台风移动，象孤立波一样传播。 3）到达近海时，波高骤增，势不可挡，涌入内陆，造成破坏。
随着工程优化设计方法的不断实施，在优化设计 中，设计标准并不只是按重现期TR来决定，而是系统 分析不同事件强度（如波高）与工程投资预算的关系， 从而选择曲线最低点所对应的波高作为设计事件。
对数正态分布
变量x的对数lnx具有正态分布特征的理论分布称为对数正 态分布。
应用：广泛应用于波浪高度、海冰厚度及海工结构物环境 荷载的长期分布中。
M A M’ P
N


M1
P1
天顶距的展开示意图
五 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，因为月球赤纬角不等于零
2.半月不等现象
地球，太阳和月球三者空间关系不同，形成塑望潮（初一和十五）和 方照潮（上弦：初七八，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。
1 设计时考虑高程变化 1）基地，码头，进出航道 2）固定式平台高程 3）工程结构的高、低水位段的防冰、防腐措施 2 现场配置时考虑高程变化 1）坐底式平台高度配置 2）自升式平台高度配置 3）浮式装置的定位系统平台高度配置 4）预制模块的下水、拖航、就位作业。
第二节 潮汐
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。
为 x），则历年数据及其相应频率P的统计过程是将实测所得 的 m 年的资料按大小次序排列，各序号变量xi对应的频率 （次/年）P 为：
该经验频率P相当于概率论中的超值累积概率 G(x)，它们
与分布函数 F(x) 及重现期 TR 之间的关系为：
式中：
；f(x)为变量 x 的概率密度函数。
x
●
●
●
● ● ●
核水位。
潮位累积频率曲线
潮位 5.0
高潮位累积频率曲线
3.0
低潮位累积频率曲线
1.0
0.10 0.90 累积频率 P
第六节
严重破坏
长期分布
激烈度SD
部分破坏
作业分析
SD
疲劳
fD 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 频率 P（次数/年）
fe E
G
●
M
Y/X=E/M
X=0.73r
地月离心力
x
y
R=6371.221km,x=4650km
③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
fg
fe M
M
E 月球引力
（万有引力）
地月离心力
x
E y
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、 海底边界摩阻力。 Earth D B A
1、对数正态分布表达式
对数正态分布（概率密度函数f(x)）图形
分布函数F(x)为：
相应的超值累积概率G(x)为：
2、对数正态分布概率纸及其应用
概率纸：横坐标为变量x（等间距），纵坐标（右）为超 值累积概率 G(x)，纵坐标（左）为重现期 TR
为：
为重现期 TR 与超值累积概率 G(x)或经验频率 P(x)关系