海洋水文

大潮平均低潮：
小潮平均高潮： 小潮平均低潮：
134
530 250
130
517 263
4
13 -13
2
设计潮（水）位
三种基本水位设计（港工规范）： A 设计高（低）水位 B 极端（校核）高（低）水位 C 乘高（低）潮作业水位
A
设计高/低水位
1）资料年限 应有多年或至少完整 一年逐日每小时的实测潮 位资料。 2）推算方法 设计潮位的推算采用 绘制高潮\低潮或历时累 积频率曲线。
2 潮汐及其类型
3 潮汐的变化
（一）潮汐周期现象
1 潮汐的日变 1）半日周期潮（赤道潮、分点潮）：在一个太阴日 内，发生两次高潮和两次低潮。2次高潮的时间间隔为12 时25分，涨、落潮时间各为6小时12.5分，而且潮差相等， 因此形成典型的半日潮。潮汐高度有从赤道向两极递减的 趋势，并以赤道相对称，因此称为赤道潮或分点潮。 2）日周期潮（回归潮）：在一个太阴日内相邻两次 高（低）潮高度不等的现象，叫做潮高周日不等和潮时周 日不等，统称为潮汐周日不等。 当月球赤纬增大到回归线附近时，潮汐周日不等现象 最显著，这时的潮汐称为回归潮。
1 波浪概述
波浪要素：
水深h：平均水平面到底部的垂直距离。 波振幅a：波峰或波谷到平均水平面的垂直高度。 波高H：波振幅的2倍。H=2a 波长L：两个相临波峰（或波谷）上对应位置间的距离。 周期T：固定处重复出现波峰或波谷的时间间隔，或传播 一个波长所需的时间。 波速（相速度）C：波的传播速度。 C=L/T 波数K：2 距离内波的数目。 k＝2π/L 圆频率：2时间内振动的次数。 σ＝2π/T
5）平均水平面边界条件：

1 g t
z0
微振幅波的 基本方程与 边界条件
1 波浪概述
公式推导可得：
自由面形状（波面方程）
acos(kxt)
传播速度C
C 2h gL tanh 2 L
2h gT 2 tanh 2 L
将C=L/T代入
L
1 波浪概述
不同水深的波浪运动 ½ 波长的意义
海洋水文学概述
海洋工程水文（engineering oceanology），为 海洋工程规划、设计、施工、管理、运行、决策 提供水文依据的学科。 海洋工程水文研究对象： 与海洋开发和海洋工程建设有关的水文问题。如 研究海水运动(波浪、潮汐等)、海水物理性质（温 度、盐度、密度等）以及其他水文现象（泥沙运动、 冰凌等）的变化规律和推算方法。为规划与设计工 程建筑物、研究工程建造后对所在海域水文条件的 影响提供基础数据。
深水波：当水深大于波长的一半，波速 只是波长的函数，与水深无关； 浅水：水深小于波长的二十分之一，波 速只是水深的函数，与波长无关； 中等水深的水波：当L/20＜h＜L/2，波 速是波长与水深的函数。
波浪破碎
当风浪成长过程波陡达到极限状态（H/L>1/7）或波 浪在浅水区传播受水底边界影响（破碎指标β），剖面发 生显著变形，波峰水质点水平分速达到或超过波速，使波 浪发生破碎的现象。这时的波浪称为破波。破波可分为崩 波、卷波和激波三种。 db表示波浪破碎处水深，对应的波高Hb称为破碎波高
海洋水文
建筑与土木工程：孟亚会 学号：2016221088
主要内容
1、海洋水文学概述 2、潮汐理论 3、工程潮汐统计计算
4、波浪理论
5、工程波要素及波浪力设计
海洋水文学概述
海洋水文学（marine hydrology），又称物理海 洋学。是海洋学的一个重要分支。 海洋水文学研究的对象： 主要研究海水的物理性质和海水各种运动的发生、 发展规律。 包括海水温度、盐度、海流、潮汐、海浪、透明 度、水色、海发光、海冰以及海洋—大气相互作用 等。
C 乘潮水位
定义： 高潮乘潮水位和低潮乘潮水位。前者多用 于船舶进出港航道或船坞，后者适用于利用低 潮位延时进行水工建筑物的施工作业。 乘潮水位计算：
依据确定的乘潮延时T，在全年潮汐过程线上，量取 潮峰上历时为T的潮位值，以每10cm为一间隔由大到小， 统计其在不同水位级内出现的次数，制作累积频率曲线， 然后按设计要求从该曲线上读取累积频率P（即保证率） 的潮位数值，此值即为设计所需的乘潮水位。
本文范围
潮汐：
特征潮位：深度基准面，平均潮位、年最高潮位、年最低潮位、平 均大潮高潮位、平均大潮低潮位…… 根据多年（或较短时间）的潮汐观测记录，确定工程设计所需的潮 汐特征要素。
波浪：
通过波浪理论研究建立波要素（波高、波长、波速、波周期）和水 深之间的内在联系，揭示波浪质点运动、压力变化、能量传递等基 本规律。 研究波浪传入近岸浅水区内的变化，搞清波浪折射、破碎、绕射、 反射的机理，探求波浪变形后波要素变化的计算方法。 对波浪作用于建筑物上的压力进行简要分析。
1 波浪概述
微振幅波理论基本假设：
1）理想不可压缩流体，重力不能略去； 2）运动是无旋的，具有速度势φ满足Laplace方程：
2 2 0 x2 z2
(h z , x )
3）波浪是微振幅波，即H<<L； 4）海底边界条件：
vz z 0
ｚ＝-ｈ
到最高位置时，叫高潮或满潮； 低潮（干潮）：当水位下降到最低位置时，叫低潮或干 潮： 涨潮：从低潮到高潮过程中，水位逐渐上升，叫涨潮； 落潮：从高潮到低潮过程中，水位逐渐下降，叫落潮。
2 潮汐及其类型
平潮、停潮：当潮汐达到高潮或低潮的时候，海面在
一段时间内既不上升也不下降，分别叫平潮和停潮。 高潮时：平潮的中间时刻，叫高潮时； 低潮时：停潮的中间时刻，叫低潮时， 潮差：相邻的高潮与低潮的水位差，叫潮差。 月潮间隙（高潮间隙、低潮间隙）：由月球的上中天 时刻到其后的第一个高潮时和低潮时，分别叫高、低潮间 隙。和低潮间隙，两者合称为月潮间隙。
*调和常数
*调和常数
某测站潮汐分析结果

潮汐类型
利用以下公式：
H K1 H O1 F HM2
或 F' H K1 HO1
H M 2 H S2
得F=0.2828<0.5，F’=0.2076 < 0.5，因而得出结 论为：该地区为正规半日潮
两种分析方法结果对比
特征潮位 平均海平面 平均高潮： 平均低潮： 平均潮差： 大潮平均高潮： 统计 390 588 187 401 635 调和 390 585 193 393 644 统计-调和 0 3 -6 8 -9
潮汐理论
1 潮汐的成因
2 潮汐及其类型
3 潮汐的变化
1 潮汐的成因
引潮力
1 月球、太阳的引力 在地面离月球最近的一点（向月点）月球的引力产生的 引潮力最大，地面离月球最远的一点（背月点）月球的引力 产生的引潮力最小。
f
ME
R
2
1 潮汐的成因
2 惯性离心力 地球绕地月共同质心的平动运动，产生的惯性离心力： 在向月点万有引力产生的引潮力大于平动运动的惯性离心力， 背月点惯性离心力与万有引力产生的引潮力相反（相对于地 面向上）。向月点（顺潮）、背月点（对潮）是高潮。
1 潮汐的成因
3 引潮力的性质 1）月球引潮力是太阳引潮力的2.17 倍； 2）引潮力的大小与天体质量成正比，与地球和天体间距 离的3次方成反比； 3）从海水的运动观点看：垂直引潮力仅减轻海水的重量， 而引起海水运动的主要原因是水平引潮力。
2 潮汐及其类型
海水在天体引潮力作用下发生的周期性的涨退现象称 为潮汐，它包括海面周期性的垂直涨退和海水周期性 的水平流动。习惯上将前者称潮汐，后者称为潮流。 （一）潮汐的基本要素 高潮（满潮）：在潮汐涨落的每一周期内，当水位上涨
（参见《海港水文规范》）
C 乘潮水位
*引申：确定某个潮位H，求通过时间在某个范围的保证率。
波浪理论
1 波浪概述
2 风浪和涌浪
3 近岸波传播
1 波浪概述
波浪是海洋、湖泊、水库等宽敞水面上常见的水体运动， 其特点在于每个水质点作周期性运动，所有的水质点相继振 动，便引起水面呈周期性起伏。水质点在其平衡位置附近作 近似封闭的圆周运动，便产生了波浪，并引起了波形的传播。 由此可见，波浪的传播，并不是水质点的向前移动，而仅是 波形的传递。
工程潮汐统计计算
1 特征潮位分析
2 设计潮（水）位
1
特征潮位分析
主要特征潮位及分析方法


百度文库
平均海平面 平均高／低潮位 平均潮差 大潮平均高／低潮位 小潮平均高／低潮位 涨（落）潮历时
本文分别采用统计分析和调和分析进行特征潮位计算。
*调和常数
海洋潮汐是由很多分潮叠加的，利用实测潮汐 资料可求得各地点各分潮的实际振幅和调和常数， 从而达到掌握特定地区的潮汐特征状况并达到潮汐 预报的目的。 主要分潮：
3 潮汐的变化
3 潮汐的年变和多年变化 1）年周期潮 地球绕太阳公转，当地球运行到近日点时所产生的潮 汐，要比地球运行到远日点时所产生的潮汐大，约大10％ 左右。近日点潮汐，称近日潮；远日点潮汐，称远日潮。 它们的变化周期为一年。 2）多年周期潮
月球的轨道长轴方向不断地变化，近地点也不断的东 移，其周期约为8.85年，因此潮汐也有8.85年的长周期变 化。
3 潮汐的变化
2 潮汐的月变（加上考虑太阳的引潮力） 1）半月周期潮 半月周期潮是由月、日、地三者所处位置不同而 产生的。当朔、望日（农历初一、十五）时，月、日、 地3个天体中心大致位于同一直线上，由于月球和太阳 的引潮力迭加，因此它们所合成的引潮力在一个月内 是最大的，所以潮汐现象特别显著，高潮特高，低潮 最低，潮差最大，故称为大潮或朔望潮。 当月相处于上、下弦（即初八、二十三）时，月、 日、地3者的位置形成直角，月、日的引潮力相互抵消 一部分，故这时合成的引潮力最小，形成的高潮不高， 低潮不低，潮差最小，所以叫小潮或方照潮。大潮和 小潮变化周期都是半个月。
B 极端（校核）高（低）水位
l）极端潮位的标准 我国《海港水文规范》中规定，采用年频率统计的方法推 求50年一遇的高、低潮位作为极端水位。 海堤等水利工程的防潮标准（重现期）按照工程等级确定， 并根据重现期推算极端高、低潮位。 2）资料年限 为了确定极端高、低水位，在应用频率分析方法进行统计 分析时，要求应具有不少于20年的年最高、最低潮位实测资料， 并须调查历史上出现的特殊水位。 3）极端水位的推算方法 常用：P-Ⅲ、P-G适线等 *资料短缺情况下设计高潮位的推算（同步相关法）
1 波浪概述
海洋中波浪分类
1 按照周期分 表面张力波、短周期重力波、重力波、长周期重力波、 长周期波、长周期潮波。 各种波的原动力、恢复力都不同，其中周期为3～15s的 重力波对海岸工程问题比较重要。 2 按成因分类 风浪和涌浪、内波、潮汐波、海啸 3 按水深分 深水波（表面波、短波）、浅水波（长波） 4 按波形传播性质 前进波（进行波）、驻波
太阴主要半日分潮（M2），周期12.4206h； 太阳主要半日分潮（S2），周期12.0000h； 太阴主要椭率半日分潮（N2），周期12.6583h； 太阴—太阳赤纬半日分潮（K2），周期11.9672h； 太阴—太阳赤纬全日分潮（K1），周期23.9345h 太阴赤纬全日分潮（O1），周期25.8193h； 太阳赤纬全日分潮（P1），周期24.0659h； 太阴主要椭率全日分潮（Q1），周期26.8684h。
由于黄白交点的不断移动，其周期约为18.61年，故 潮汐还有18.61年的长周期变化。
3 潮汐的变化
（二）地形对潮汐的影响
海水的自然周期与海区形态和深度有密切关系。某一 海区自然周期与引潮力周期相一致时，便产生“共振”现 象。潮汐涨落特别明显，潮差增大。 世界上一些喇叭形河口区，由于受地形的影响，常出 现涌潮或暴涨潮。 如杭州湾、芬迪湾等 （三）气候对潮汐的影响 如台风、洪水、结冰等
2 潮汐及其类型
（二）潮汐的类型
1 半日潮 在一个太阴日（24小时50分）内，有两次高潮和两次 低潮，而且两相邻高潮或低潮的潮高几乎相等，涨落潮时 也几乎相等，这样的潮汐称为半日潮。 2 全日潮 半个月内，有连续7天以上在一个太阴日内，只有一 次高潮和一次低潮，这样的潮汐称为全日潮。 北部湾是世界上最典型的全日潮海区之一。 3 不正规半日潮 在一个太阴日内，也有两次高潮和两次低潮，但潮差 不等，涨潮时和落潮时也不等。