海洋水文 公式

第 海洋水文

第一节 潮汐与潮流

我国主要港口的潮差 表5-1-1

()y sy Ny

sx Nx x

R H A H A R =- (5-1-1)

Ny y y A A A =+? (5-1-2)

式中：

sx sy H H 、——原有站和拟建站（桥位）的设计高潮位（m ）；

y x R R 、——原有站和拟建站（桥位）短期同步潮差，比值y /x R R

可取两地每日潮差比值的平均值（m ）；

y Nx N A A 、——原有站和拟建站（桥位）年平均海平面（m ）；

y A ——拟建站（桥位）短期验潮资料的月平均海平面（m ）；

y A ?——拟建站（桥位）地区海平面的月订正值，或近似用原有站海平面月

订正值（m ）。

(0.6)s N H A R K =++ (5-1-3)

N A A A =+? (5-1-4)

式中：

s H ——设计高潮位（m ）；

N A ——年平均海平面（m ）；

A ——短期验潮资料的月平均海平面（m ）；

A ?——该地区或附近的海平面月修正值（m ）；

R —— 一个月以上短期资料平均潮差（m ）；

K ——常数，0.4K =。

0[0.90()0.45]s N H A R A =+?-+ (5-1-5)

式中：

R ——半日潮和不规则半日潮验潮站用平均大潮升，日潮和不规则日潮用回归

潮平均高潮高（m ）

0A ——与大潮升或回归潮平均高潮高同一潮高起算的平均海平面（m ）。

第三节 风和波浪 风级表

表5-3-1

注：表中nmile 即海里，1nmile=1852m ；1mile=1609.344m 此表摘自《中国现代海洋科学丛书 海洋工程》（王涛 主编，2004）

10()10

H H α

νν=

(5-3-1)

10

0lg lg lg10lg H H z z νν-=- (5-3-2)

式中：

10H νν、——地面以上高度H 和高度10m 的平均风速（m/s ）;

0z ——风速为零的高度，空旷地区取0.3（m ）；

α ——海、湖、沙漠地区为0.12，乡村、市郊为0.16，建筑密集的大城

市为0.20.

()()t t ννν'=+

（5-3-3） ()1

sin 2N n n t nft νν=''=∑π

（5-3-4）

式中：

()t ν——瞬时风速（m/s ）；

()t ν'——脉动风速（m/s ）

； n ——子脉动个数；

f

——子脉动基频。

脉动风速的方差：

()()2

d S f f

σν∞

'=? （5-3-5）

式中： ()S f ——脉动风速谱；

()S f 给出了不同频率间隔内组成波提供的能量，相当于波能密度相对于

组成波频率的分布函数，也称为脉动风的波频谱。由于它反映波能密度分布，又称为脉动风的能谱。

海风引起的风浪，相对地也具有风浪的频谱（能谱）。

波速

1.L c T ==

≈ (5-3-6)

波速

22g 1.562T L T π

=≈

(5-3-7) 波速

c =

(5-3-8)

波速 2

2th 2gT d L L ππ

??

= ???

(5-3-9)

式中:

g ——重力加速度（m/s ）；

d

——水深（m ）;

2th

d

L

π——

2d L

π的双曲正切函数，称浅水修正因子。

()22exp 4H p H H π??

=- ???

(5-3-10)

模比系数/H

H 与累积频率()%p 的关系为：

0.5

41ln H H p π??= ???

(5-3-11)

式中：

H ——某给定频率()%p 的波高（m ）；

H ——波列的平均波高（m ）；

ln ——自然对数；

p ——波高H 的累积频率()%.

波列的平均波高H 按式（5-3-12）计算：

11221

121s

s s i i i s n H n H n H H n H n n n N =++?+==++?∑ （5-3-12）

式中：

i n ——波高i H 出现的次数，1i =?、2、、s ；

i H ——波列中每个波高，12s H H H ?、、、；

N

——波列包含波高的总数，1s

i i N n ==∑。

雷利分布为偏态分布，离差系数0.52v C =，偏态系数0.64s C =。波高的众值0.8m H H =。对于深水波则有：

1%5%13% 2.421.951.61H H H H H H ?

=?

=??=?

（5-3-13）

浅水波波高频率分布（累计频率）函数与水深有关，则有：

2

1()exp 41H

d H p H H H π-?

?

?

?????=- ???????+?? ?

?

???

（5-3-14）

式中：

d

——水深；

若

0H

d

=，即为深水波波高频率分布式（5-3-10）。 设计波高的累积频率标准

表5-3-2

1/1001/101/3 2.661.951.60H H H H H H ?

=?

=?

?=?

(5-3-15)

1/1000.4%1/104%1/313%H H H H H H ≈?

?

≈?

?≈?

(5-3-16)

第四节 波浪对桥梁墩台的作用力

2

2D D u P C D g

γ= (5-4-1)

式中：

D P ——单位柱体长度上波浪力的驻点压力（速度分力）（kN/m ）； D ——柱体直径（m ），当为矩形断面对，D 为宽度b(m)；

D C ——阻力系数，圆形断面取1.2，对方形或a/b ≤1.5的矩形取2.0.

M u

P C A g t

γI ?=

?

（5-4-2）

式中：

P I ——单位柱体长度上波浪力的惯性压力（kN/m ）；

A ——柱体的横断面积（2m ）；

M C ——惯性力系数，圆形断面取2.0，对方形或a/b ≤1.5的矩形取2.2，其他柱

形墩的D M C C 、值见《公路桥涵设计手册·桥位设计》；

,

u

u t

??——水质点轨道运动的水平速度（/m s ）和水平加速度（2/m s ）。

2ch cos 2sh z

H L u t

d

T L

ππωπ= (5-4-3)

222ch

2sin 2sh z

u H L t d

t T L

ππωπ?=? (5-4-4)

2=

T

π

ω (5-4-5)

式中： ω——圆周率（1

s

-）；

t ——时间（s ），当波峰通过柱体中心线时t=0；

H ——波浪高度（m ）；

T ——波的周期（s ）；

L ——波长（m ）；

d ——水深（m ）；

ch ——双曲余弦函数；

sh ——双曲正弦函数。

max max cos cos sin D P P t t P t ωωωI =-

(5-4-6) max max P P I =

(5-4-7) max max M M I =

(5-4-8) 2max

max

max 2max 10.25D D P P P P I ??

=+ ???

(5-4-9)

2max max

max 2max 10.25D D M M M M I ??

=+ ??

?

(5-4-10)

()/m

c

B H d d

ηη=

(5-4-11) 0.5941*2.3104 2.5907B T η-=-

(5-4-12) 2***/(0.009130.636 1.2515)m T T T =++

(5-4-13) *T =

(5-4-14)

式中：

c η——波峰在静水面以上的高度（m ）；

B η——系数；

m ——系数；

*T ——无量纲周期。

2

2

c

c

h d d n η=+ (5-4-15)

ac oc 2=

p p d d n n γγ（+1)(+2)

(5-4-16)

1.67

ax 0.636618 4.23264,1.0H n M d ????

=+?? ???????

(5-4-17)

式中：

c h ——波浪压力强度ac p 在静水面以上的作用点位置（m ）；

n ——静水面以上波浪压力强度分布曲线的指数，其值取式中两数的大数；

ac p ——与c h 对应的墙面波压力强度（kPa ）；

γ

——水的容重（3

kN/m ）；

oc p ——静水面上的波压力强度（kPa ）。

q

p p p H A B d d γ??=+ ???

(5-4-18)

系数p p A B 、和q （波峰作用）

表5-4-1

c ac oc bc dc 2221214c c p p p h p p

d d d d d d d ηγγγγγ????=++++ ???????

(5-4-19)

2

c ac oc bc dc

311111151242324424c c c c c M p h p h h p p d d d d d d d d d d ηηγγγγγ????????=+++++++?? ? ?????????????

(5-4-20)

uc dc 1

2

p p b =

(5-4-21)

式中：

uc p ——单位长度墙底上的波浪托力（kN/m ）；

b ——直强的底宽（m ）。

s 12=p K K H

γ

(5-4-22)

式中：

1K ——水底坡度系数，见表5-4-2； 2K ——波坦/L H 系数，见表5-4-3.

系 数 1K

表5-4-2

系 数 2K

表5-4-3

z s 0.7p p =

(5-4-23) d s 0.6p p =

(5-4-24) d s 0.5p p =

(5-4-25)

b

u =2

bp p μ

(5-4-26)

式中：μ——波浪浮托力分布图的折减系数，取0.7。