(优选)近岸水流运动特性版ppt讲解
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近岸波浪传播的变形
实际海况中，波浪常常斜向入射，这是波
浪回发生传播方向的调整，该现象成为波 浪的折射。 波浪的折射同光波的折射相类似，服从折 射定律。 在稳定波场中，若假定波浪在传播过程中 能量守恒，既没有能量的输入也没有能量 的损失，则波向线之间的波能流保持常数。
根据线性波浪理论，Kr值由波浪周期、等
深线和初始波浪方向所决定。 Kr＞1，波向线集中，间距减小，辐聚现象。 Kr＜1，波向线分散，间距增大，辐散现象。 辐散辐聚对海岸上泥沙运动有重要影响。
波浪在传播过程中遇到障碍物，除可能在
障碍物前产生波浪反射外，还将绕过障碍 物继续传播，并在掩蔽去内发生波浪扩散， 这种现象成为波浪绕射。 绕射区内的波浪成为绕射波。 任一点波高与入射波高之比称为绕射系数 Kd。 目前多采用波浪缓坡方程或Boussinesq方程 ，通常有崩破波、卷破波和 激破波。 a) 崩破波：深水波陡较大，且底坡较平缓时 将会出现这种形态的破，碎波峰开始出现 白色浪花，逐渐向波浪的前沿扩大而崩碎 的波型，波的形态前后比较对称。
b)
c)
卷破波：波的前沿不断变陡，最后波峰向 前大量覆盖，形成向前方飞溅破碎，并伴 随着空气的卷入当深水波陡中等，且海底 坡度较陡时将会出现。 激破波：波的前沿逐变陡，在行进途中从 下部开始破碎，波浪前面大部分呈非常杂 乱的状态，并沿斜坡上爬。深水波陡较小， 且海底坡度较陡时常出现此种破碎。
波浪在传播过程中遇到障碍物时，其全部
或部分波能被反射而形成反射波，这种现 象称为波浪反射现象。 波浪的反射波与入射波叠加在一起，可形 成驻波。对建筑物造成危害，增加港内水 面振动甚至产生振荡。 完全反射，反射波和入射波振幅相等，传 播方向相反，两波叠加形成驻波，其振幅 为原入射波的两倍。
新教材高中地理第四章水的运动章末总结课件新人教版选择性必修第一册
（5）流量过程曲线变化和缓的河流，多是由地下水补给，也可能是热 带雨林气候区或温带海洋性气候区的河流，还可能是因为水库的调节作用。
[2020北京东城一模] 下图为我国某河流的补给结构示意图，其中甲表 示浅层地下水补给。读下图，回答下面两题。
1. 图中( B )
A. a表示深层地下水补给
B. b表示冰川融水补给
大小
、降水强度、降水的季节变化和气温 ，水位的变化越大；欧洲的河
和水
高低等的影响
流和热带雨林地区的河流，水
位
量和水位的变化则较小
水文 特征
影响因素
举例
续表
我国东部季风区的大多数河流
湿润和半湿润区的外流河，以雨水补
水源
，如长江、黄河、珠江等以雨
给为主，冰雪融水补给为辅；干旱和
补给
水补给为主；我国西北内陆的
3. 科罗拉多河年内流量变化显著，流量最大的季节是( B )
A. 春季
B. 夏季
C. 秋季
D. 冬季
[解析] 落基山脉海拔高，冬春季节受西风影响，降水较多，科罗拉多河上
游及源头地区冰雪量较大，夏季气温显著升高，冰雪融水量大，流量最大，
故选B。
4. 与胡佛大坝建成之前相比，大坝建成后下游( D )
满足两个条件：一是位于中高纬度 凌汛 地区，有结融冰现象；二是由较低
纬度流向较高纬度的河段
我国黄河的上游和下游河段；俄 罗斯注入北冰洋的三大河流
续表
水文 特征
影响因素
举例
直接受气温影响：①无结冰期，最冷
结冰
我国的黑龙江有长达半年的结
月均温>0°C；②有结冰期，最冷月
期
冰期
均温<0°C
[2020北京东城一模] 下图为我国某河流的补给结构示意图，其中甲表 示浅层地下水补给。读下图，回答下面两题。
1. 图中( B )
A. a表示深层地下水补给
B. b表示冰川融水补给
大小
、降水强度、降水的季节变化和气温 ，水位的变化越大；欧洲的河
和水
高低等的影响
流和热带雨林地区的河流，水
位
量和水位的变化则较小
水文 特征
影响因素
举例
续表
我国东部季风区的大多数河流
湿润和半湿润区的外流河，以雨水补
水源
，如长江、黄河、珠江等以雨
给为主，冰雪融水补给为辅；干旱和
补给
水补给为主；我国西北内陆的
3. 科罗拉多河年内流量变化显著，流量最大的季节是( B )
A. 春季
B. 夏季
C. 秋季
D. 冬季
[解析] 落基山脉海拔高，冬春季节受西风影响，降水较多，科罗拉多河上
游及源头地区冰雪量较大，夏季气温显著升高，冰雪融水量大，流量最大，
故选B。
4. 与胡佛大坝建成之前相比，大坝建成后下游( D )
满足两个条件：一是位于中高纬度 凌汛 地区，有结融冰现象；二是由较低
纬度流向较高纬度的河段
我国黄河的上游和下游河段；俄 罗斯注入北冰洋的三大河流
续表
水文 特征
影响因素
举例
直接受气温影响：①无结冰期，最冷
结冰
我国的黑龙江有长达半年的结
月均温>0°C；②有结冰期，最冷月
期
冰期
均温<0°C
近岸方案原理说明
近岸方案原理说明：浮体上装有一个发电机，发电机与水下的简易水轮机的通过万向结转轴连接，简易水轮机与浮体通过一个枝架连接，枝架与浮体固定连接，而枝架与简易水轮机通过两点连接，连接点靠近迎水的一边并接近简易水轮机的进水口，简易水轮机可绕两支点方向的轴线转动，两支点方向的轴线与水面平衡并与水流方向垂直。
浮体与简易水轮机之间设有一水平板，水平板与水面平衡，水平板迎水的一边与枝架固定连接，与枝架连接的一边宽度小于背水的一边，水平板远离枝架的一边设有一块沿水流方向垂直于水平板的水流导向板。
简易水轮机由一个水流加速器和一个水轮组成，水流加速器内设有多个喇叭形水道，每个喇叭形水道都以螺旋的形状将水导向同一个方面，其中出水口远离转轴的中心，水轮上设有多块叶片，喇叭形水道大的一边迎着水流，小的一边导向水轮的叶片，水轮转动带动万向结转轴转动，万向结转轴将转动的机械能传到浮体上的发电机完成发电的工作。
浮体两边（水流方向的中心轴线两边）分别设有一个蓄水箱，每个蓄水箱远离浮体的中心，蓄水箱的向上开口、下面设有进水的小洞，两个水箱都与浮体固定连接，在不工作的情况下，两水箱不突出水面。
垂直水流导向板并不一定装在水平板上，也可装在浮体或简易水轮机背水的一边。
另外电机的方向也是可能有多种变化。
（近岸方案下部结构）（近岸方案下部结构）当整个装置投入近岸涌浪的海面时，首先我们将多个本装置进行阵列固定，也即每个装置上部相对固定在原地，由于水是流动的，所以水平板上的水流导向板开始起作用，使简易水轮机的进水口转向迎水面，整个简易水轮机开始工作，这时进水口产生阻力，使下部装置向后摆动也即枝架向后摆动，这样使水平板尾部开始捎起来，当进水口的力与水平板的力相等时简易水轮机也就不再摆动而正常工作了，另外正是由于简易水轮机与枝架的连接是铰接（以两个点且可以转动）的连接方式，所以在枝架发生前后摆动时进水口也能以正面面对水流，但这并未能完全使下部正常工作，由于水流的原因下部装置有可能左右摆动，当向其中一边摆动时枝架带动浮体也同时转动，同时也会使其中一个水箱突出水面，而另一个则沉下水，当水箱突出水面后就马上产生了一个和下部装置摆动相反的力，所以最终使下部装置保持平衡。
第三章流水地貌PPT课件
.
1
• 地表流水的类型：
•
常年河流
•
河谷流水
• 线状流水
季节河流
（槽床流水）
•
沟谷流水
• 面状流水
坡面径流
经常性水流 暂时性水流
.
2
第一节 流水作用
一、地表水流的动力特征
• （一）流水的能量
•
流水的动能：E = MV2/2，主要消耗于克
服与床面、水分子之间的摩擦，搬运泥沙。
• （二）流态
• 1、流水中水质点的运动
谷
的
发
中游
育
◆河漫滩谷
和
类
下游
型
◆成熟河谷
.
22
• 类型 • 1）峡谷 • 横剖面呈V形，谷底即为河床，两坡陡峭， • 河床纵比降很大，水流湍急。 • 平面形态较顺直。 • 嶂谷 • 隘谷
.
23
嶂谷1
.
24
嶂谷2
.
25
.
26
怒江峡谷
.
27
金沙江虎跳峡
.
28
金沙江
虎跳峡
.
29
虎跳峡的路
• 山区河流具有急流和涡流，涡流及其所携带 的沙和砾石旋磨河床底部的岩石，形成壶穴。
基岩河床中较坚硬岩石横亘于河床形成的 陡坎形成岩槛。
.
73
.
74
.
75
壶穴正在形成，秦岭
.
76
壶穴形态
.
77
壶穴内部形态
.
78
壶穴的分布
福建莆田
.
79
壶口瀑布边的壶穴
.
80
三峡河床底部
.
81
1
• 地表流水的类型：
•
常年河流
•
河谷流水
• 线状流水
季节河流
（槽床流水）
•
沟谷流水
• 面状流水
坡面径流
经常性水流 暂时性水流
.
2
第一节 流水作用
一、地表水流的动力特征
• （一）流水的能量
•
流水的动能：E = MV2/2，主要消耗于克
服与床面、水分子之间的摩擦，搬运泥沙。
• （二）流态
• 1、流水中水质点的运动
谷
的
发
中游
育
◆河漫滩谷
和
类
下游
型
◆成熟河谷
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22
• 类型 • 1）峡谷 • 横剖面呈V形，谷底即为河床，两坡陡峭， • 河床纵比降很大，水流湍急。 • 平面形态较顺直。 • 嶂谷 • 隘谷
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23
嶂谷1
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24
嶂谷2
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25
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26
怒江峡谷
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27
金沙江虎跳峡
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28
金沙江
虎跳峡
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29
虎跳峡的路
• 山区河流具有急流和涡流，涡流及其所携带 的沙和砾石旋磨河床底部的岩石，形成壶穴。
基岩河床中较坚硬岩石横亘于河床形成的 陡坎形成岩槛。
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73
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74
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75
壶穴正在形成，秦岭
.
76
壶穴形态
.
77
壶穴内部形态
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78
壶穴的分布
福建莆田
.
79
壶口瀑布边的壶穴
.
80
三峡河床底部
.
81
演示文稿近岸水流运动特性版
g
t x y
y
y
当地加速度 对流加速度
引潮力
柯氏力
Ω = -gη
η为平衡潮潮高
压力梯度力( 水面坡降力)
强迫潮波运动方程式,没有考虑摩阻力，水平速度u、v在无摩阻长波 运动中可认为不随深度而变
第十八页，共61页。
4.1.2 连续方程
P87，图4-4，质量守恒即体积守恒(Why？) 单位时间内流入水柱体的流体体积(x，y两个方向)，等于
t
x
y
2、无限长平底渠道(凯尔文波)
凯尔文波为前进波类型，潮位和流速相位相同
考虑前进波在无限长平底渠道中传播时的情况，x轴取在渠道中心线
上。在无限长渠道中水质点主要在x方向运动，y方向速度v很小，可
取v≈0。
考虑北半球的情况，这时fc＞0，潮波沿x方向传播，按潮波方向 来定义渠道左右岸
fc 2 sin
t x y x
x
v u v v v 2u sin g
t x y y
y
第二十二页，共61页。
浅海潮波运动方程
不考虑引潮力、摩阻力、科氏力，湍流涡粘力
潮波沿x向传播(v=0)
海底水平(h=常数) 小振幅波动(忽略非线性项)
第二十三页，共61页。
t
u
h
x
v
h
y
0
u
t
u
0
u t
g
x
fcu
g
y
4 20 4 21 4 21
2、无限长平底渠道(凯尔文波)
t
h
u x
0
u
t
g
x
fcu
g
y
4 20 4 21 4 21
第二节 波浪在水流中的运动特性
二、波摩阻引起的波高衰减
波能平衡： Ecnb i1 Ecnbi D f xb
H i k si1,i k r i1,i k f H i1,i i1
ksi1,i ci1ni1 ci ni 1 2
>
浅水变形系数
kri1,i bi1 bi 1 2
折射系数
Ecnbi1 Ecnbi D f xb
1.波浪运动是非恒定的
2.单向水流中边界层能得到充分的发展， 波浪影响下的边界层很薄。
瞬时床面剪切应力： b
1 2
f wU b U b
U b U m cost
波浪水质点瞬间速度
D f bU b
1 T
T 0
1 2
f
wU
2 b
U
b
dt
1 2
f
wU
3 m
1 T
T cos3 t dt
0
Lc
tanhkh
Ls
cs
1 Uc c
2
tanhksh
L Ls
sin sin s
1
Uc cs
sin s 2
tanhkh tanhk s h
sin 1
L Ls
sin s
1
1
波流共存时的波高变化：
H Hs
Ls L
2 As A
2 cos s cos
二、波流共存中的垂线流速分布
➢习题2.11
课后作业
Um
H
T
1
sinhkh
1 T cos3 t dt 4
T0
3
Df
2 2 3
f
w
T
3
H3 s inh 3
kh
近岸波及其特点
三、波浪破碎
工程水文 第六章 海浪
• 1、波浪破碎机理 （1）波浪进入浅水后，波长渐短，波高开始 时也略减小，但随后迅速增大，因此当波浪 传播到一定浅水后，波陡(H/L)迅速增大，因 此当波陡达到极限时（理论极限1/7），波浪 失稳而破碎 （2）波谷处水深较波峰处小，受海底摩擦影 响大，因而波谷传播速度比波峰小，波峰逐 渐向前追赶波谷，波形扭曲前倾，前坡变陡 导致波浪破碎
一、水深变浅引起的波浪变形
• 0、分析方法
线性波浪理 论 非线性波浪 理论
规则波计算 法 分析方法
不规则波计水文 第六章 海浪
工程水文 第六章 海浪
工程水文 第六章 海浪
二、波浪折射、绕射与反射
工程水文 第六章 海浪
工程水文 第六章 海浪
工程水文 第六章 海浪
工程水文 第六章 海浪
• 3、波浪破碎的形态 • 取决于深水中的波陡和近岸水底坡度
4、破碎波高和破碎水深的计算
工程水文 第六章 海浪
四、波浪在水流作用下的变形
工程水文 第六章 海浪
工程水文 第六章 海浪
近岸波及其特点
21414114孙德平
工程水文 第六章 海浪
确定近岸波浪要素
• • • • • • • 水深变浅引起的波浪变形 等深线分布不规则引起的波浪折射 障碍物引起的波浪绕射 较强水流（包括海流）引起的波浪变形 近岸浅水的波浪破碎 缓坡底床摩擦的影响 忽略近岸海面上风的影响（涌浪）
工程水文 第六章 海浪
风浪涌浪及近岸浪特征(共8张PPT)
风区长度或风程。
② 风时―近似一致的风速和风向连续作用于风区的时间。
2）风速、风时、风区与风浪成长的关系―风浪的三种状态
① 过渡状态：风区内各点波浪要素随风吹刮时间增加而增长
（尤指波高）。 因此，在过渡状态，风时长短决定风浪的成长，风时越长，
波高越大。
② 定常状态：随风时的
不断延长，风区内离 风区上沿较近的点上 的浪高不再增长，这 些点上的浪即进入定 常状态。 处于定常状态的风浪 的波高取决于该点的 风程长短。
充分成长状态，风时需不低于
风 无区限长时度 ，或 风风 浪某程 成一。 长到值一定，程度风区长度也不低于某一值，Fra bibliotek就是对应于该风速的
最小风时和最小风区。
二、涌浪（Swell）
风区长度或1风、程特。 征
长行的于风 海浪岸波线高。取决―于风波速形。 规则，波峰圆滑，波长长，波峰线长，周期长，
项目二 海洋学基础移知识速快。
充分成长状态，风时需不低于
破碎），这种状态即增为充加分成，波高逐渐降低，周期不断增大，波长增加。
处于定常状态的风浪 最小风时和最小风区。 风浪、涌浪和近岸浪特征
三、近岸浪
1、波向的改变 ―折射，使波峰线逐渐趋于与等深线平行，即波峰平
行于海岸线。
―绕射，波浪绕过障碍物进入被障碍物遮蔽的水域。 ―反射。
2、波高变化 ―波浪进入开敞海岸浅水区时，波高增大，波长变短， 波陡增加，易翻卷破碎。 ―波浪绕射进入海湾时，波高降低。
―岬角地形处的波高比凹陷处的高。
THANK YOU
③ 充分成长状态：风区、风时
无限时，风浪成长到一定程度
后停止发展（并变得不稳定，
破碎），这种状态即为充分成 长状态。 二、涌浪（Swell）
② 风时―近似一致的风速和风向连续作用于风区的时间。
2）风速、风时、风区与风浪成长的关系―风浪的三种状态
① 过渡状态：风区内各点波浪要素随风吹刮时间增加而增长
（尤指波高）。 因此，在过渡状态，风时长短决定风浪的成长，风时越长，
波高越大。
② 定常状态：随风时的
不断延长，风区内离 风区上沿较近的点上 的浪高不再增长，这 些点上的浪即进入定 常状态。 处于定常状态的风浪 的波高取决于该点的 风程长短。
充分成长状态，风时需不低于
风 无区限长时度 ，或 风风 浪某程 成一。 长到值一定，程度风区长度也不低于某一值，Fra bibliotek就是对应于该风速的
最小风时和最小风区。
二、涌浪（Swell）
风区长度或1风、程特。 征
长行的于风 海浪岸波线高。取决―于风波速形。 规则，波峰圆滑，波长长，波峰线长，周期长，
项目二 海洋学基础移知识速快。
充分成长状态，风时需不低于
破碎），这种状态即增为充加分成，波高逐渐降低，周期不断增大，波长增加。
处于定常状态的风浪 最小风时和最小风区。 风浪、涌浪和近岸浪特征
三、近岸浪
1、波向的改变 ―折射，使波峰线逐渐趋于与等深线平行，即波峰平
行于海岸线。
―绕射，波浪绕过障碍物进入被障碍物遮蔽的水域。 ―反射。
2、波高变化 ―波浪进入开敞海岸浅水区时，波高增大，波长变短， 波陡增加，易翻卷破碎。 ―波浪绕射进入海湾时，波高降低。
―岬角地形处的波高比凹陷处的高。
THANK YOU
③ 充分成长状态：风区、风时
无限时，风浪成长到一定程度
后停止发展（并变得不稳定，
破碎），这种状态即为充分成 长状态。 二、涌浪（Swell）
海岸波生流版课件
在关键海域设置海洋浮标，实时监测波高 、流速、流向等参数。
声学多普勒流速剖面仪（ADCP ）
利用声学多普勒原理，测量水下不同深度 处的流速和流向。
船舶观测
派遣专业观测船只，实地测量波高、流速 、流向等参数，获取一手数据。
预测模型
数值模型
利用数值模型模拟波生流的生成 、传播和消亡过程，预测未来一
段时间内的波生流状况。
波生流与人类活动的关系
探讨人类活动对波生流的影响，如港口建设、海底工程、海洋资源开 发等。
未来发展趋势
多学科交叉研究
将物理、化学、生物等多学科的理论 和方法结合起来，深入研究波生流的 生成、传播和影响机制。
高精度观测和模拟技术
利用先进的观测设备和数值模拟技术 ，提高对波生流的观测精度和模拟能 力。
THANK YOU
跨区域合作研究
加强国际合作，共同开展跨区域的研 究项目，以全面了解全球范围内波生 流的分布和变化规律。
应用研究和成果转化
将研究成果应用于实际工程和环境保 护中，提高人类对海洋环境的认识和 保护能力。
对人类的意义与价值
资源开发和利用 深入了解波生流的生成和传播机 制，有助于合理开发和利用海洋 资源，提高海洋经济的效益。
边界条件影响
海岸波生流的形成受到海 岸地形、水深、潮汐等多 种边界条件的影响。
非线性作用
海岸波生流具有非线性特 点，波浪与流体的相互作 用导致流动的复杂性和混 沌性。
02
海岸波生流的影响
对海岸环境的影响
侵蚀与沉积
波生流会对海岸线产生侵 蚀或沉积作用，影响海岸 地貌形态。
海滩稳定性
波生流影响海滩沙粒的运 动，可能导致海滩稳定性 下降或增加。
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（优选）近岸水流运动特性版ppt 讲解
1
近岸水流(潮流、近岸波生流)垂向(沿水深)分布
水中物质输移
水底剪切应力
悬移质
推移质
海床冲淤变化
P83， 图4-1(潮流底流速度很小)
4. 本章总纲
4.1 潮波运动简介 4.2 水流速度垂向分布 4.3 波浪对水流垂向分布的影响 4.4 波浪和水流共同作用的底摩擦力
潮波连续方程
u h v h 0
t
x
y
强迫潮波运动控制方程
t
u
h
x
v
h
y
0
u
u
u
v
u
2v sin
g
t x y x
x
地理纬度
v
u
v
v
v
2u
sin
g
t x y y
y
北半球为正，南半球为负
三个未知量(u、v、η)，三个方程
请记下待做的习题
✓ 习题4.1 ✓ 注明班级、学号、姓名 ✓ 下周四课前，各班学习委员收齐后上交
潮流：海水周期性的水平整体运动 涨潮流-涨潮时向岸流动的海水 落潮流-落潮时向海流动的海水
海岸和河口地区的潮波一 般是大洋或外海潮波传播 的结果
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论 潮汐动力理论
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论(静力理论)假定 ①地球全部被均匀深度和密度的水体所覆盖
②海水是无粘流体，摩阻力可以忽略，没有惯性， 因此在重力和引潮力的作用下、在任何时刻均能 保持平衡状态
地-月
KE r2
1 9000000
① 径向分量对潮汐作用很小(只引起水位升降，不主导潮波运动) ② 水平分量虽小，但垂直于重力方向，会引起水体的切向运动
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论的优点
可以解释半日潮、全日潮、潮汐的基本成因
大潮和小潮
大潮：某地一个月中潮 差最大的日子，一般发 生在朔(农历初一，也称 新月)和望(农历十五、 也称满月)日之后约1— 2天
柯氏力
Ω = -gη η为平衡潮潮高
压力梯度力 (水面坡降力)
强迫潮波运动方程式,没有考虑摩阻力，水平速度u、v在无摩阻长 波运动中可认为不随深度而变
4.1.2 连续方程
P87，图4-4，质量守恒即体积守恒(Why？)
单位时间内流入水柱体的流体体积(x，y两个方向)， 等于该水柱在单位时间内水位升高引起的流体体积 增加
4.1.3 潮波特性
类似风浪和涌浪之区分：深水中为强迫潮波，引潮力不 可忽略；浅水中为自由潮波，不受引潮力的影响(Why)
u u u v u 2v sin g
t x y x
x
v u v v v 2u sin g
t x y y
y
浅海潮波运动方程
不考虑引潮力、摩阻力、科氏力，湍流涡粘力 潮波沿x向传播(v=0) 海底水平(h=常数) 小振幅波动(忽略非线性项)
③引 潮 力 = 天 体 引 力 + 惯性离心力
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论-月球的引潮力
rrr F PN
FV
PV
NV
K
M R月2
cos
K
M cos
D2 地-月
FH
PH
NH
K
M R月2
sin
K
M D2
地-月
sin
单位质量水质点引潮力垂向分力最大值与重力之比：
FV max Fg
2KMr D3
(3)水体运动还受到地球自转柯氏力的影响。在北半球，柯氏力使 潮流向右偏转，而在南半球，则使潮流向左偏转
4.1.2 潮汐理论
潮汐动力理论
以水动力学方程为基础，研究周期性引力作用下 的强迫潮波的运动规律，方程中考虑水深、地形、 岸线、科氏力、惯性力、摩擦力等对潮波的影响
4-2-牛顿第二定律F = ma
+
连续方程
4.1.2 潮波控制方程
假定：水平二维流(合理否？)，不考虑摩阻力 水深10m时，潮波波长442km，远大于水深(浅水长波) 潮波振幅一般不超过几米 So，一个周期T内，水平方向的运动距离远大于垂向的运 动距离(i.e. 垂向速度w远小于水平速度u，v)
4 - 2中第三式
4 - 2
p pa g( z)
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论(静力理论)假定 ①地球全部被均匀深度和密度的水体所覆盖
②海水是无粘流体，摩阻力可以忽略，没有惯性， 因此在重力和引潮力的作用下、在任何时刻均能 保持平衡状态
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论-引潮力
①天体引力有差别：地 球上不同海域距离太阳 和月球的相对位置不同
②惯 性 离 心 力 ： 地 - 月 、 地-日转动系统绕其共 同质心运动时产生的
实际潮汐与平衡潮严重不符： (1)地球表面水体运动必须满足水动力方程。这表明潮汐应以长波 形式传播。受边界和地形的影响，潮波会发生反射，共振等，导 致潮差增大；海床摩阻使潮差减小；不同的地形和岸线形态将使 潮差增大或减小
(2)(人是地行仙，日行八万里)在赤道上，地球表面相对月球的线速 度为449m/s。如平衡潮与月球在地球表面上的移动轨迹同步， 其 传 播 速 度 需 达 449m/s ， 由 此 得 海 洋 深 度 需 大 于 20Km(c=sqrt(gh))。但实际海洋深度远小于20Km。因此实际潮 汐相对于平衡潮会有延迟现象
小潮：某地一个月中潮 差最小的日子，通常出 现在上弦(初七、初八) 和下弦(廿二、廿三)后 约1—2天
涛之起也，随月兴衰(Why？)
涛之起也，随月兴衰
F月-Vmax F日-Vmax
M D3
地-月
： D地S3 -日
=
M S
:
D地-日 D地-月
3
2.17
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论的缺陷
t
u
h
x
v
h
y
0
u
t
u
u x
v
u y
x
2v
sin
g
x
v
t
u
v x
v
v y
4 - 7
静压平衡方程
水平压力梯度项
1 p
g
y
y
1 p g x x
4.1.2 运动方程
简化的强迫潮波运动方程 (4-9)-3个未知量u，v，η，两个方程？
u t
u
u x
v
u y
x
2v sin
g
x
v
u
v
v
v
2u sin
g
t x y
y
y
当地加速度 对流加速度
引潮力
4.1潮波运动简介
为什么要研究潮汐运动？ 海岸洪水、波浪变形、航运、渔业、居住 大多数海岸建筑物在高潮位时破坏 引起泥沙输移，导致岸滩和地形变化 引起污染物颗粒输移，影响环境
4.1.1 基本定义
潮波：昼潮夜汐，海面周期性的垂向升降运动 涨潮-落潮 潮汐周期：一个太阴日，两次高
1
近岸水流(潮流、近岸波生流)垂向(沿水深)分布
水中物质输移
水底剪切应力
悬移质
推移质
海床冲淤变化
P83， 图4-1(潮流底流速度很小)
4. 本章总纲
4.1 潮波运动简介 4.2 水流速度垂向分布 4.3 波浪对水流垂向分布的影响 4.4 波浪和水流共同作用的底摩擦力
潮波连续方程
u h v h 0
t
x
y
强迫潮波运动控制方程
t
u
h
x
v
h
y
0
u
u
u
v
u
2v sin
g
t x y x
x
地理纬度
v
u
v
v
v
2u
sin
g
t x y y
y
北半球为正，南半球为负
三个未知量(u、v、η)，三个方程
请记下待做的习题
✓ 习题4.1 ✓ 注明班级、学号、姓名 ✓ 下周四课前，各班学习委员收齐后上交
潮流：海水周期性的水平整体运动 涨潮流-涨潮时向岸流动的海水 落潮流-落潮时向海流动的海水
海岸和河口地区的潮波一 般是大洋或外海潮波传播 的结果
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论 潮汐动力理论
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论(静力理论)假定 ①地球全部被均匀深度和密度的水体所覆盖
②海水是无粘流体，摩阻力可以忽略，没有惯性， 因此在重力和引潮力的作用下、在任何时刻均能 保持平衡状态
地-月
KE r2
1 9000000
① 径向分量对潮汐作用很小(只引起水位升降，不主导潮波运动) ② 水平分量虽小，但垂直于重力方向，会引起水体的切向运动
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论的优点
可以解释半日潮、全日潮、潮汐的基本成因
大潮和小潮
大潮：某地一个月中潮 差最大的日子，一般发 生在朔(农历初一，也称 新月)和望(农历十五、 也称满月)日之后约1— 2天
柯氏力
Ω = -gη η为平衡潮潮高
压力梯度力 (水面坡降力)
强迫潮波运动方程式,没有考虑摩阻力，水平速度u、v在无摩阻长 波运动中可认为不随深度而变
4.1.2 连续方程
P87，图4-4，质量守恒即体积守恒(Why？)
单位时间内流入水柱体的流体体积(x，y两个方向)， 等于该水柱在单位时间内水位升高引起的流体体积 增加
4.1.3 潮波特性
类似风浪和涌浪之区分：深水中为强迫潮波，引潮力不 可忽略；浅水中为自由潮波，不受引潮力的影响(Why)
u u u v u 2v sin g
t x y x
x
v u v v v 2u sin g
t x y y
y
浅海潮波运动方程
不考虑引潮力、摩阻力、科氏力，湍流涡粘力 潮波沿x向传播(v=0) 海底水平(h=常数) 小振幅波动(忽略非线性项)
③引 潮 力 = 天 体 引 力 + 惯性离心力
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论-月球的引潮力
rrr F PN
FV
PV
NV
K
M R月2
cos
K
M cos
D2 地-月
FH
PH
NH
K
M R月2
sin
K
M D2
地-月
sin
单位质量水质点引潮力垂向分力最大值与重力之比：
FV max Fg
2KMr D3
(3)水体运动还受到地球自转柯氏力的影响。在北半球，柯氏力使 潮流向右偏转，而在南半球，则使潮流向左偏转
4.1.2 潮汐理论
潮汐动力理论
以水动力学方程为基础，研究周期性引力作用下 的强迫潮波的运动规律，方程中考虑水深、地形、 岸线、科氏力、惯性力、摩擦力等对潮波的影响
4-2-牛顿第二定律F = ma
+
连续方程
4.1.2 潮波控制方程
假定：水平二维流(合理否？)，不考虑摩阻力 水深10m时，潮波波长442km，远大于水深(浅水长波) 潮波振幅一般不超过几米 So，一个周期T内，水平方向的运动距离远大于垂向的运 动距离(i.e. 垂向速度w远小于水平速度u，v)
4 - 2中第三式
4 - 2
p pa g( z)
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论(静力理论)假定 ①地球全部被均匀深度和密度的水体所覆盖
②海水是无粘流体，摩阻力可以忽略，没有惯性， 因此在重力和引潮力的作用下、在任何时刻均能 保持平衡状态
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论-引潮力
①天体引力有差别：地 球上不同海域距离太阳 和月球的相对位置不同
②惯 性 离 心 力 ： 地 - 月 、 地-日转动系统绕其共 同质心运动时产生的
实际潮汐与平衡潮严重不符： (1)地球表面水体运动必须满足水动力方程。这表明潮汐应以长波 形式传播。受边界和地形的影响，潮波会发生反射，共振等，导 致潮差增大；海床摩阻使潮差减小；不同的地形和岸线形态将使 潮差增大或减小
(2)(人是地行仙，日行八万里)在赤道上，地球表面相对月球的线速 度为449m/s。如平衡潮与月球在地球表面上的移动轨迹同步， 其 传 播 速 度 需 达 449m/s ， 由 此 得 海 洋 深 度 需 大 于 20Km(c=sqrt(gh))。但实际海洋深度远小于20Km。因此实际潮 汐相对于平衡潮会有延迟现象
小潮：某地一个月中潮 差最小的日子，通常出 现在上弦(初七、初八) 和下弦(廿二、廿三)后 约1—2天
涛之起也，随月兴衰(Why？)
涛之起也，随月兴衰
F月-Vmax F日-Vmax
M D3
地-月
： D地S3 -日
=
M S
:
D地-日 D地-月
3
2.17
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论的缺陷
t
u
h
x
v
h
y
0
u
t
u
u x
v
u y
x
2v
sin
g
x
v
t
u
v x
v
v y
4 - 7
静压平衡方程
水平压力梯度项
1 p
g
y
y
1 p g x x
4.1.2 运动方程
简化的强迫潮波运动方程 (4-9)-3个未知量u，v，η，两个方程？
u t
u
u x
v
u y
x
2v sin
g
x
v
u
v
v
v
2u sin
g
t x y
y
y
当地加速度 对流加速度
引潮力
4.1潮波运动简介
为什么要研究潮汐运动？ 海岸洪水、波浪变形、航运、渔业、居住 大多数海岸建筑物在高潮位时破坏 引起泥沙输移，导致岸滩和地形变化 引起污染物颗粒输移，影响环境
4.1.1 基本定义
潮波：昼潮夜汐，海面周期性的垂向升降运动 涨潮-落潮 潮汐周期：一个太阴日，两次高