淺海工程設計培訓資料

1匯報--淺海工程設計2第一篇潮汐3目錄第一節(jié)潮汐概述第二節(jié)風暴潮簡要介紹第三節(jié)設計水位第一節(jié)潮汐概述

潮汐：地球表面水體受月球、太陽引力作用而產(chǎn)生的海面周期性起伏現(xiàn)象。一影響潮汐變化的天文因素基本術語天球、天頂、天底、天極子午圈：過南北天極和某地的天頂、天底的大圓中天：天體經(jīng)過觀測站子午圈的時刻天赤道、赤經(jīng)、赤緯黃道（面）：觀測者在一年內(nèi)所看到的太陽視運動軌跡（面），與赤道面交角23°27′，與赤道面由南向北交點為春分，與赤道面由北向南交點為秋分，北南赤緯最大點為夏至和冬至白道（面）：觀測者在一年內(nèi)所看到的月球視運動軌跡（面）與赤道面交角28°35′-18°19′，與黃道面交角5°8′；白道面與黃道面交點不停地沿黃道面自東向西運動，每年約20°，經(jīng)18.61年后回到原點，潮汐變化的長周期。平太陽日（日、天）：一回歸年中各真太陽日的平均值為平太陽日（24h）回歸年：太陽連續(xù)兩次經(jīng)過春分點的時間間隔（365.24天）平太陰日：月球連續(xù)兩次經(jīng)過觀察站天頂?shù)臅r間為間隔太陰日，各太陰日的年平均值平太陰日。（24小時50分）朔望月：月球繞地球運動，并一起繞太陽公轉(zhuǎn)。月球從滿月的位置出發(fā)，再回到該位置的時間間隔（29.53天）二潮汐現(xiàn)象

1、潮汐要素高潮、低潮；漲潮、落潮；潮高、潮差；潮時、歷時。低潮高潮高潮潮差低高潮潮高基準面落潮漲潮高度時間落潮歷時漲潮歷時高潮高低潮高平潮停潮2潮汐類型

1）半日潮：一個太陽日內(nèi)兩次高潮和兩次低潮。2）日潮：一個太陽日內(nèi)一次高潮和一次低潮。3）混合潮：不規(guī)則日潮和不規(guī)則半日潮。某處出現(xiàn)不同類型潮汐，是由該處的位置和太陽、月球和地球三者空間位置決定的。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潮汐橢圓與地球月運動①潮汐橢圓：按潮汐靜力學理論，覆蓋在地球表面的海水，在月、日引力作用下，海面形成橢圓球體。②地球月運動：地球中心繞地月質(zhì)心的運動。地球繞地、月共同質(zhì)心的運動是軌跡為圓周的平移運動，在平移過程中，地心、月心和地月質(zhì)心恒在一條直線上。

天文學結(jié)論：當?shù)厍蚶@地月質(zhì)心轉(zhuǎn)動時，地表各點處的離心力大小相等，且大小和方向都與地心處的質(zhì)點離心力相同。feMExy地月離心力R=6371.221km,x=4650km●GY/X=E/MX=0.73r

③月球引力（萬有引力）（月球的引力為太陽引力的2.17倍）地球上各點的月球引力不相同fgfeMMEExy月球引力（萬有引力）地月離心力R=6371.221km,x=4650km2月球引潮力

平衡潮理論假設：地表覆蓋著等深度的海水，忽略海水運動的慣性力、柯氏力、海底邊界摩阻力。

MoonEarth地月離心力萬有引力月球引潮力示意圖月球引潮力ABCD四潮汐不等現(xiàn)象

1.日不等現(xiàn)象某點處每日兩次高潮，兩次低潮不等，因為月球赤緯角變化而引起2.半月不等現(xiàn)象地球，太陽和月球三者空間關系不同，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.月不等現(xiàn)象月球繞地球橢圓軌道運轉(zhuǎn)，每月一次遠地潮，一次近地潮。4.年不等現(xiàn)象地球繞太陽橢圓軌道運轉(zhuǎn)，每年中地日距離不斷變化造成。

5.多年不等現(xiàn)象黃道與白道交點以周期為18.61年不斷移動而引起M北南AM北南A赤緯角潮汐日不等示意圖SunMoonEarthSunEarthMoon潮汐半月不等現(xiàn)象日、地、月成直角關系日、地、月在直線上初一:新月或朔月初七:上弦月十五:望月或滿月二十三:下弦月潮差小潮差大(1)圖中深綠色正圓表示地球，其上紅色箭頭表示地球的自轉(zhuǎn)（2）外圈紅色箭頭表示月球的公轉(zhuǎn)方向（3）兩個淺綠色橢圓表示太陽、月球?qū)Φ厍虻囊?，兩者橫向疊加出現(xiàn)大潮，垂直疊加出現(xiàn)小潮；（4）日地月三者關系圖應與左下角潮差變化圖對應分析大、小潮與月相變化的關系。潮汐月不等和年不等現(xiàn)象示意圖SunMoonEarth五基準面與特征潮位海岸與海洋工程中，高程測量和水深測量的起算面（零面）稱為基準面。平均海平面全國統(tǒng)一采用“黃海平均海平面”作為陸地高程起算面，它是青島驗潮站多年（19年）的每小時潮位觀測記錄的平均潮平面。隨著觀測資料的積累，重新核算的“1985國家高程基準”比“1956黃海高程基準”高0.0389m。2.海圖深度基準面由于潮位的升降，實際海面大約有一半時間低于平均海平面，如果以平均海平面作為深度起算面，那么實際水深將有一半左右時間小于海圖中標出的水深。為了保證航海安全，海圖中標出的深度最好接近最小深度，即在絕大部分時間內(nèi)，實際水深大于海圖水深。為此，海圖深度基準面即潮汐可能到達的最低潮面，

《潮汐表》上所預報的潮位值也有一個起算面，這個起算面稱為潮高基準面。它是平均海平面下的一個面，在《潮汐表》中都有注明，它與海圖深度基準面不一定一致，因此任何時刻某海區(qū)某處的實際水深就等于海圖深度加上這兩個基準面之間的差值和該海區(qū)《潮汐表》上的潮位預報值。3.潮高基準面4.筑港零點在附近地區(qū)已經(jīng)建有港口時，由于這些港口建設初期已經(jīng)規(guī)定了一個零點，而且一些歷史資料都以這個零點為基準，所以把它稱為筑港零點。工程上常用到的特征潮位：1）最高潮位及最低潮位指歷史上曾觀測到的最高和最低潮位。2）平均最高潮位及平均最低潮位將多年潮位資料中每年的最高和最低潮位進行平均得到的值。3）大潮平均最高潮位及大潮平均最低潮位將每月的兩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將每月的兩次小潮的潮位取多年平均得到的值。

第二節(jié)風暴潮簡要介紹風暴潮：又稱氣象潮，是一種由非天文因素(海面強風或氣壓驟變等)引起的海面異常升降現(xiàn)象，使水位大大超過正常潮位。20070304風暴潮.flv強風和氣壓驟變常常引起風暴潮，并在沿海地區(qū)造成很大災害。依據(jù)誘發(fā)風暴潮的大氣擾動特征，通?？砂扬L暴潮分為熱帶風暴（臺風、颶風等）引起的風暴潮和溫帶氣旋引起的風暴潮兩類，其區(qū)別在于前者一般伴隨急劇的水位變化，后者的水位變化是緩慢而持續(xù)的。風暴潮的形成可以這樣描述：當海上突然出現(xiàn)一個風暴，風暴中心氣壓降低，并引起此處海面上升。同時，風暴中心周圍的強風以湍流切應力的作用引起表面海水形成一個與風場同樣的氣旋式的環(huán)流，但由于地球自轉(zhuǎn)形成的地轉(zhuǎn)偏向力的作用，海流在北半球?qū)⑾蛴移?，形成一個表面海水的輻散。由于海水運動的連續(xù)性，深層海水必將上涌補償，這樣又在深層海水中形成一個輻聚，深層海水的輻聚又由于地轉(zhuǎn)偏向力的影響形成一個環(huán)流。一時間，深層環(huán)流、海水上涌、海面環(huán)流、風場低壓共同引起局部海面隆起，并以孤立波形式隨著風暴的移動而傳播，與此同時，也形成了由風暴中心向四面八方傳播出去的自由長波，于是乎，風暴潮形成。我國風暴潮具有如下四個特點：1〉風暴潮發(fā)生的次數(shù)頻繁；2〉風暴潮一年四季均可發(fā)生；3〉風暴潮潮位高、增水大；4〉形成風暴潮的影響因素復雜。（寒潮、低壓、臺風）“飛燕”風暴潮襲擊福州巨輪被卷上岸邊風暴潮的形成外在因素：一是有利的地形，即海岸線或海灣地形呈喇叭口狀，海灘平緩，使海浪直抵灣頂，不易向四周擴散。二是持續(xù)的刮向岸大風，如經(jīng)常出現(xiàn)的秋冬季寒潮東北風、夏季臺風和熱帶氣旋帶來的東南風。由于強風或氣壓驟變等強烈的天氣系統(tǒng)對海面作用，導致海水位急劇升降。三是逢農(nóng)歷初一、十五的天文大潮、它是形成風暴潮的主體。當天文大潮與持續(xù)的向岸大風遭遇時，就形成了破壞性的風暴潮。

第三節(jié)設計水位一、設計水位的概念

設計水位指設計潮位，包括設計高水位、設計低水位、校核高水位、校核低水位。

1.設計高、低水位：指建筑物在正常使用條件下的高、低水位。

2.校核高、低水位：指建筑物在非正常使用條件下的高、低水位，非正常使用條件指在存在天文潮的同時又存在風暴潮、低壓、海嘯等非天文因素的情況。此時水位為正常潮位與非天文增水之和。二、設計水位的確定(我國沿海港口工程技術規(guī)范)

1.設計高水位：從高潮位累積頻率（P=m/n）曲線查取10%累積頻率對應的潮位為設計高潮位。

2.設計低水位：從低潮位累積頻率曲線查取90%累積頻率對應的潮位為設計低潮位。三、校核水位的確定

利用多年的最高（低）潮位資料，擬合某一極值理論分布曲線，推算50年或100年一遇的極高潮位或極低潮位，作為校核水位。累積頻率P潮位5.03.01.00.100.90高潮位累積頻率曲線低潮位累積頻率曲線潮位累積頻率曲線31第二篇海浪32目錄第一節(jié)波浪概述第二節(jié)前進波、駐波和群波第三節(jié)風浪、涌浪和近岸浪第四節(jié)統(tǒng)計波高與設計波浪第五節(jié)小特征尺度結(jié)構(gòu)的波浪荷載33第一節(jié)波浪概述一、波浪要素波峰―波面的最高點。波谷―波面的最低點。波高（H）―相鄰波峰與波谷之間的垂直距離。波長（λ）―相鄰兩波峰或相鄰兩波谷之間的水平距離。波幅（a）―波高的一半，a=H/2。34波浪要素波陡（δ）―波高與波長之比，δ＝H/λ。周期（T）―相鄰的兩波峰或兩波谷相繼通過一固定點所需要的時間。頻率（f）―周期的倒數(shù)，f＝1/T。波速（C）―波峰或波谷在單位時間內(nèi)的水平位移（波形傳播的速度），C＝λ/T。波峰線——通過波峰垂直于波浪傳播方向的線。波向線——波形傳播的方向線，垂直于波峰線。由于不同波長的波浪其傳播速度并不一樣，因此同一波源所產(chǎn)生的各種不同頻率波浪在向外傳播時會發(fā)生分離的現(xiàn)象，此即色散現(xiàn)象(Dispersion)﹔例如臺風尚在遠海，但長涌已先至海濱﹔又如向水潭丟石產(chǎn)生圓形重力波，外緣為長波，內(nèi)側(cè)波長較短。

36二、波浪的分類（1）風浪和涌浪風浪：風的直接作用引起的水面波動（無風不起浪）。涌浪：風浪離開風區(qū)傳至遠處，或者風區(qū)里風停息后所遺留下來的波浪（無風三尺浪）（2）潮波海水在月球和太陽引潮力作用下發(fā)生的長周期波稱為潮波。由此引起的海面周期性漲落稱為潮汐，所引起的海水周期性的水平流動稱為潮流。潮汐波又稱潮波或天文潮。1.按成因分類37（3）海嘯（地震波）

由于海底或海岸附近發(fā)生地震或火山爆發(fā)所形成的海面異常波動。特點：周期長，波長長，波速大，在外海坡度很小，當傳至近岸時，波高劇增。世界上常受海嘯襲擊的國家和地區(qū)有：日本、菲律賓、印度尼西亞、加勒比海、墨西哥沿岸、地中海。38（4）風暴潮由強烈的大氣擾動（強臺風、強鋒面氣旋、寒潮大風等）引起的海面異常上升現(xiàn)象。主要原因：海面氣壓分布不均勻——氣壓每下降1hPa，海面約升高1cm；大風——風暴向岸邊移動時，受強風牽引海水涌向岸邊，海面升高，升高幅度與風速的平方成正比。我國風暴潮多發(fā)區(qū)：萊州灣、渤海灣、長江口至閩江口、汕頭至珠江口、雷州灣和海南島東北角，其中萊州灣、汕頭至珠江口是嚴重多發(fā)區(qū)。39風暴潮40（5）內(nèi)波在海洋中，密度相差較大的水層界面上的波動。內(nèi)波對航海的影響：“死水”，船舶難以前進；共振，船舶搖擺幅度大大增加?？朔?nèi)波的措施改變航向航速。41海浪大部分能量集中在周期4～12s的范圍內(nèi)，屬重力波范圍。最常見的重力波是風浪和涌浪。2.按周期或頻率分類423.按水深相對于波長的大小分類深水波水深大于1/2波長波速與波長和周期有關，與水深無關。淺水波波長大于水深20倍波速取決于水深，與波長和周期無關。海洋中大部分波浪不是具有深水波的性質(zhì)就是具有淺水波的性質(zhì)。43第二節(jié)前進波、駐波與群波1.前進波波浪中水質(zhì)點只在平衡位置附近作周期性的圓或者橢圓運動，并不隨海浪波形向前傳播而移動；風浪和涌浪都是前進波。前進波一、前進波與駐波相對應462.駐波兩列振幅、周期、波長相等，但傳播方向相反的正弦波的疊加，可以得到一種波形不向前傳播的波，海面只在原地振動。臺風中的金字塔浪，懸崖峭壁處跳動的浪。駐波立波(駐波,standingwave):波形無推移,各點僅有水面上下起伏將兩組僅傳播方向相反的相同波列(一向左傳，另一則向右傳)相互迭加，如此便產(chǎn)生了立波(駐波)。493.波群振幅、周期、波長相近，傳播方向相同的正弦波疊加。在某一固定點觀測時，首先出現(xiàn)一陣波高較小的時段，隨后波高漸漸增大，而在連續(xù)出現(xiàn)幾個大波后，波高又再減?。贿@種成群的波列即稱為群波。深水波的群速為相速的一半，淺水波的群速與相速相同。波群傳播情況

51第三節(jié)風浪、涌浪和近岸浪特征：周期短、波峰尖、波面不規(guī)則，易破碎。方向（指來向）與風向較為一致。影響風浪成長的因素風速：風力大??；風時：狀態(tài)相同的風持續(xù)作用在海面上的時間；風區(qū)：狀態(tài)相同的風作用的海域的范圍

一、風浪風浪(WindWave)風浪：

由風直接作用引起的水面波動，稱為風浪。風浪特征，周期較短，波面不規(guī)則，波長短。波向與風向一致，波高取決于風力、風區(qū)、風時。風浪成長與風速，風時和風區(qū)的關系:1.風速：一般風速越大產(chǎn)生的風浪也越大。這只適用于風時和風區(qū)不受限制時。2.風時：同一方向的風連續(xù)作用的時間。一般對水面持續(xù)作用的時間越長，海水所獲得的動能越大，風浪也越大。3.風區(qū)：指風在海上吹過的距離。風區(qū)的大小對風浪的成長起著不可忽視的作用，若風區(qū)的長度不夠，風浪也不能充分發(fā)展。風浪的三種狀態(tài)過渡狀態(tài)：風吹到大洋上，風浪隨著時間的增長而增大。風浪的成長取決于風時長短。定常狀態(tài)：恒定的風長時間吹在有限的水域上，使海面各點的風浪要素趨于穩(wěn)定。風浪的成長取決于風區(qū)長短。風浪的三種狀態(tài)風浪充分成長狀態(tài)：風區(qū)越大，風時越長，風浪就越發(fā)展。但風浪的發(fā)展不是無限的，當波陡接近1/7時，波浪開始破碎。這是因為風傳給風浪的能量，一部分用于增大波高，一部分消耗于渦動摩擦，當風傳給風浪的能量與渦動摩擦消耗的能量相平衡時，風浪不再繼續(xù)增大，即風浪達到極限狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為風浪充分成長。風浪成長主要與風速、風區(qū)和風時有關。另外還受水深及海域特征等因素影響。55最小風時與最小風區(qū)風區(qū)、風時無限的情況下，風速越大，處于充分成長狀態(tài)的風浪波高越大，因此，充分成長的風浪波高取決于風速。最小風時：一定風速下，風區(qū)內(nèi)風浪達到充分成長狀態(tài)所需的最短時間。最小風區(qū)：在一定風速下，風區(qū)內(nèi)風浪達到充分成長狀態(tài)所需要的最短風區(qū)長度，稱為最小風區(qū)。56二、涌浪特征：波形較規(guī)則，波峰圓滑，波速與波長較大，涌浪的來向與海面實際風向無關，兩者間可成任意角度。57涌浪傳播特性波高逐漸降低，波長、周期逐漸變大，波速變快。臺風來臨前的征兆。原因：摩擦消耗離散作用、角散作用摩擦消耗：波長大的衰減慢，波長小的衰減快。在波高衰減的同時，周期和波長也逐漸加大。離散作用：不同波長、周期、振幅的分波在傳播過程中波長大的速度快，短的速度慢，使原來疊加一起的波分散開。散射作用：各分波傳播方向不同，在傳播中向各方向分散開來。58三、近岸浪風浪或涌浪傳至淺水或近岸區(qū)域后，受地形影響將發(fā)生能量集中、波高增大、周期和波長變小、波面變陡、波浪卷倒和破碎、波向折射、繞射和反射等一系列變化。59（1）波向的改變折射由深水進入淺水的過程中，波峰線有逐漸與等深線平行的趨勢。這正是在海岸上觀察從外傳來的波浪，到達近岸時，波鋒線總是大致與海岸平行的原因。繞射波浪繞過障礙物進入被障礙物遮蔽的水域。60波向線波向線61

波浪繞防波堤62（2）波高變化波浪要素隨水深的變化曲線64（2）波高變化波浪進入開敞海岸淺水區(qū)時，波高增大，波長變短，波陡增加，易翻卷破碎。波浪繞射進入海灣時，波高降低。岬角地形處的波高比凹陷處的高。

6566波浪破碎波浪的破碎波浪為何會碎？

(1)當波峰附近的水粒子向前運動的速度比波形移動（相速）還要快時，波浪便碎了。

(2)當波面在垂直方向上的加速度大于重力加速度時，水分子便會脫離波面，波浪也會碎了。發(fā)生碎波未必限定在海灘上，深海一樣有碎波（白浪滔滔就是描述碎波的海面）。

1.斜坡上的破碎準則為海灘坡度,為深水波長,2.破碎波高3.波浪破碎的形態(tài)崩破卷破激破為深水波高71波浪破碎類型兩因素：深水波陡、近岸海底的坡度崩破卷破激散SpillingbreakerPlungingbreakersurgingbreaker崩破型波浪卷破型波浪激破型波浪波浪破碎情況76四、其它因素對波高的影響海流流波效應：波浪和海流反向或接近于反向時，波高要比無流時增大20％～30％左右，并產(chǎn)生部分波浪破碎或全部破碎。當波浪與海流同向時，波長增大，波高減小。水—氣溫差在風速相同的條件下，氣溫低于水溫時，波高增大。

Tw－Ta＝1℃，波高增加5％；

Tw－Ta＝2℃，波高增加10％；

Tw－Ta＝10℃，波高增加50％；例如，冬季的北太平洋上，在日本關東東部的黑潮流域，水－氣溫差可達5～10℃以上，再加上流波效應，有時出現(xiàn)比預料高2～3倍的異常大浪，是海事多發(fā)的海域，有“魔鬼海域”之稱，船舶盡量避開這個區(qū)域。第四節(jié)統(tǒng)計波高與設計波浪

一、不規(guī)則波波列的統(tǒng)計分析上跨零點下跨零點特征波高海面上的波浪狀態(tài)通常用波浪要素作為特征量來描述。在波浪要素中波高是最重要的，但海面上的波浪，其波高大小是不等的，因此當我們描述某場海浪的波高是多少時，應指明該波高的統(tǒng)計意義，即為哪一種特征波高。（1）平均波高

將觀測到的所有波高值累加，除以波高的總個數(shù)，得到的值稱為平均波高，它反映了波列總體的大小。若樣本總個數(shù)為N，則平均波高為（2）累積頻率波高

從波列中選取某一累積頻率對應的波高作為特征波高。如等，這種特征波高反映大于等于某給定波高值的波浪在波列中出現(xiàn)的可能性。如表示在波列中大于等于該波高的波浪出現(xiàn)概率為1%。(3）部分大波的平均波高將波列中的波高由大到小依次排列．其中最大的P部分波高的平均值就稱為P部分大波的平均波高，記為。其計算公式如下：

工程設計中常用的有連續(xù)100個波中最大的10個波的平均值稱為1/10大波的平均波高．記為，又稱為顯著波高，波列中最大的1/3個大波的平均值．記為,又稱為有效波高。二、設計波浪

設計波浪是指設計海洋工程建筑物時所選用的波浪要素。其標準包括兩個方面：①設計波浪的重現(xiàn)期標準；②設計波浪的波列累積頻率標準。

我國《海港水文規(guī)范》給出的波高設計標準

表1波高累積頻率標準

表2波高重現(xiàn)期標準

對于設計波浪波列累積率的選定，應該從不同類型的建筑物對于波浪反應不同的角度來考慮。例如，孤立式和直立式建筑物對波浪的反應較靈敏，波列中個別的大浪，即可影響建筑物的安全，所以應當采用較高的波列累積率作為設計波浪。對于斜坡堤一類的建筑物，經(jīng)驗表明，破壞是逐步造成的，個別大浪并不起決定性的作用，而且局部的損壞修復也較容易，所以，可采用較低的波列累積率。第五節(jié)小特征尺度結(jié)構(gòu)的波浪載荷一Morison波浪力公式對于D/L<0.2時的鉛直園柱結(jié)構(gòu)，其（x,z)坐標處的單位長度結(jié)構(gòu)的波浪力：式中：CM--慣性力系數(shù)（InertiaCoefficient)CD--阻力系數(shù)（DragCoefficient)

u(x,z,t)為水質(zhì)點速度。

為水的密度，D為園柱直徑。Morison公式的說明應該指出的是，Morison方程從理論流體力學觀點來討論，是不嚴格的。式中的拖曳力FD部分是根據(jù)粘性流體定常、均勻流過樁柱時而分析得的波力表達式，而慣性力FI則是根據(jù)理想流體、有勢、非定常流的理論導得的，Morison將二者放在一個表達式中并沒有理論根據(jù)，但是幾十年來由于這個計算式與實測值相當吻合，在工程界已得到廣泛的承認和應用，至今也沒有更為理想且實用的方法可以去替代這個方法，因此它已被列為各國海洋工程中小直徑樁柱式結(jié)構(gòu)物波浪力計算的設計規(guī)范。二有關系數(shù)的確定1CD，CM的確定

CD、CM與結(jié)構(gòu)形狀，表面粗糙度，流態(tài)有關結(jié)構(gòu)形狀基準面積（單位長度）CD

CM圓柱D1.02.0方柱D2.02.19方柱1.41D1.551.0平板D2.01圓板0.75D21.2球0.75D20.51.50立方體D21.051.67以上系數(shù)均由大量實驗結(jié)果整理而得。三、小直徑鉛直園柱波浪載荷計算1選擇線性波浪理論計算水質(zhì)點速度和加速度2單位長度結(jié)構(gòu)波浪力

波浪載荷計算示意圖dOXdzZfO’海底鉛直園柱結(jié)構(gòu)

z+d

z3水平總波力和波力矩為了便于計算，將原坐標原點移到海底，則有：積分得上式中：二者相位差90o，在總的波浪力中所占的比重與D/L有關同理可得：

以上公式為鉛直園柱的波浪載荷計算結(jié)果，可知結(jié)構(gòu)波浪載荷是隨時間變化的，其規(guī)律見下頁的曲線。且慣性力和阻力變化也并不同相位，其極可用對F求導的方法求出。四鉛直園柱波浪載荷極值問題對波浪載荷式求導得：討論：上式成立的條件是：?只能出現(xiàn)在，即x=0且故相當于波面經(jīng)過靜水面的時刻，此時??上式說明：若<<1，臂如FDmax≥

2FImax時，波浪力FH主要取決于拖曳力FDmax，因為式中的第二項的值僅占總值的1/16以下，說明這時慣性力的影響可略去不記。又若≈1，臂如2FImax>FDmax>

0.5FImax；這時，水平總波力Fhmax既受慣性力FI的支配也受拖曳力Fd的影響，必須同時計入。ttttouu’FIFD波浪波面、水質(zhì)點速度、加速度、載荷相位關系示意圖第三篇海流與海流載荷海水的大規(guī)模流動是海洋環(huán)境中重要的物理現(xiàn)象。研究分析海流的大小、方向和分布，不僅有助于確定它施加于海洋工程結(jié)構(gòu)物上的作用力，而且還因為它對海洋工程建筑物的選址規(guī)劃、甲骨文穩(wěn)定性能及海上作業(yè)安全可靠性都有著重要的影響。由于形成海流的原因多種多樣，近岸地區(qū)的海岸線及地形又變化多端，致使海流的理論研究與其在工程中的應用存在諸多困難。在實際工程中多以海流的實測資料作為分析問題的依據(jù)。第一節(jié)海流分類、成因（OceanCurrent）海流:是指海洋中的海水具有相對穩(wěn)定速度的流動，它是海水運動的形式之一。海流不僅對航海有不可忽視的影響，而且對天氣和氣候也有顯著的影響。流向:

海流的方向是指去向，常用8個方位或以度為單位表示。例如，由西向東的流，流向為900，稱為東流。海流的主軸是指海流流動方向上流速最大點的連線。海流的規(guī)模常用流幅來表示，流幅是指垂于主軸的水平寬度和上下厚度。海流的強弱常用平均流速或平均流量表示。流速:

流速的單位常用Kn（節(jié)）和nmile/d（海里/日）表示。海流的分類海流按其成因大致可分三大類:風海流、地轉(zhuǎn)流和補償流。風海流是海洋上最主要的海流，其強度較強。風海流是在海面風作用下形成的海水流動。海流的成因主要是盛行風帶、地轉(zhuǎn)偏向力、和海陸分布等因子共同作用的結(jié)果。實際上由單一原因產(chǎn)生的海流極少，往往是幾個因子共同作用的結(jié)果，但有主次，近海以潮流為主，外海多風海流和梯度流。風海流(WindCurrent)風海流：包括風生流和漂流，是在海面風作用下形成的海水流動。通常將大范圍盛行風所引起的流向、流速常年都比較穩(wěn)定的風海流稱為定海流，亦稱為漂流或吹流。而將某一短期天氣過程或陣風形成的海流稱為風生流。其流速和流向隨風向、風速而變化。表層風海流的流速:無限深海的風海流表層流速可用下面經(jīng)驗公式計算：

m/s式中：v0為流速（kn），w為海面風速（m/s），φ為緯度。此式表明：漂流的流速與海面風速成正比，與所在緯度正弦的平方根成反比。

表層風海流的方向和大小表層風海流的流向：在無限深海中，由于地轉(zhuǎn)偏向力作用，表層風海流的流向在北半球偏于風去向之右約45，在南球偏于風去向之左約45。在淺海中，流向與風向幾乎一致。風海流流向隨深度增加向右偏轉(zhuǎn)（北半球），流速隨深度增加逐漸減小。（見圖）地轉(zhuǎn)流及其他類型海流地轉(zhuǎn)流又稱梯度流。它是指當海面發(fā)生傾斜時，海水的水平壓強剃度力和水平地轉(zhuǎn)偏向力平衡時的穩(wěn)定海流。按引起等壓面傾斜的原因不同，分為傾斜流和密度流。傾斜流(SlopeCurrent)：是在不均勻的外壓場作用下的梯度。海洋上大氣壓分布不均勻，使海面發(fā)生傾斜而產(chǎn)生海水的流動。測者背流而立，右側(cè)等壓面高，左側(cè)等壓面低。傾斜度越大，水平壓力梯度越大，流速就越大。密度流(DensityCurrent)：由于海水密度分布不均勻引起等壓面傾斜而產(chǎn)生的梯度流。測者背流而立，右側(cè)等壓面高，密度?。囟雀撸?，左側(cè)等壓面低，密度大（溫度低）。（南半球相反）補償流(CompensationCurrent)：某處海水流失，其它地方的海水流過來補充，稱為補償流。補償流既有水平方向的，也有垂直方向的。在有上升流的海區(qū)出現(xiàn)低溫。潮流(TidalCurrent)：潮波運動中水質(zhì)點沿水平方向的周期運動。在大洋上，潮流的量值極小，主要考慮風海流，在近海，潮流的量值不可忽視，常有強大的潮流。按海流的物理屬性(溫度)分類水團：來自相同的源地，具有獨特的相對均勻的物理性質(zhì)（如溫度，鹽度，溶解氧等）的海水稱水團。暖流(WarmCurrent)：流動水團的溫度比它所經(jīng)過海區(qū)的水溫高稱暖流。一般從低緯向高緯流動的海流為暖流。冷流(ColdCurrent)：流動水團的溫度比它所經(jīng)過海區(qū)的水溫低稱冷流。一般從高緯向低緯流動的海流為冷流。中性流(NeutralCurrent)：流動水團的溫度比它所經(jīng)過海區(qū)的水溫相差不大稱中性流，一般東西向的流。

第二節(jié)海流載荷一海流對工程結(jié)構(gòu)和工程活動的影響1.對結(jié)構(gòu)強度的影響2對基礎穩(wěn)定的影響（沖刷，掏空）3對工程系統(tǒng)的性能的影響（選址規(guī)劃，結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定性，作業(yè)可靠性）4對工程活動的影響（拖航，就位）5對腐蝕速度的影響很大（帶走腐蝕產(chǎn)物，磨蝕）二海流的流動特征1潮流TidalCurrent

海水在引潮力作用下周期性地水平流動（分半日潮流，混合潮流，全日潮流）。存在往復流，旋轉(zhuǎn)流。海流水質(zhì)點速度分布特征：方向相同，大小沿水深呈指數(shù)分布。2風海流WindCurrent

風對海面的切應力的推動使海水產(chǎn)生的水平運動，在風力、地轉(zhuǎn)偏向力與垂向紊動阻力達到平衡時形成穩(wěn)定流動，風海流水質(zhì)點不在同一平面內(nèi)，呈螺旋形狀；表層漂流的方向在北半球較風向偏右45°，此偏角不隨風向、流速或緯度的改變而變化。方向角β=45°，即水深Z=D(D為摩擦深度，)時，漂流的流向?qū)⑴c表層相反。表面流風DE風海流三海流載荷計算

原理：粘性流體阻力公式；單位長度結(jié)構(gòu)載荷：

總載荷：CD為阻力系數(shù)AP為構(gòu)件迎流面的投影面積海流載荷計算示意圖dOXdzZfO’海底鉛直園柱結(jié)構(gòu)z潮流流速風海流流速第四篇

海冰（SeaIce）海冰:

廣義的海冰是指海洋中各種冰的總稱，它包括海水本身結(jié)冰和由大陸冰川，江河流入海洋中的陸源冰。主要是浮冰、岸冰和冰山三大類。海冰能破壞港口設施，造成港口封凍，航道阻塞。流冰，特別是冰山(Iceberg)嚴重威脅船舶的航行安全。冰源：1.由海水直接凍結(jié)而成的冰，稱咸水冰。2.從陸地江河的流冰和大陸冰川的崩裂流入海洋的冰，稱淡水冰。影響海冰形成的主要因子：1.長期冰點下的溫度。2.海水的表層鹽度。3.垂直鹽度的分布。4.海水的深度。海冰的形成純水最大密度時的溫度為4℃，冰點為0℃。海水無論是冰點還是最大密度溫度都隨鹽度而變化。鹽度越高，冰點越低，海水的平均鹽度為35‰，對應的冰點為-1.9℃。海水結(jié)冰過程、結(jié)冰速度和物理性質(zhì)都與純水冰不同。海水結(jié)冰除與海水鹽度和長期冰點下的溫度有關外，還與鹽度的垂直分布和海深有關。海冰的分類初生冰：由松散冰晶最初形成的冰。包括冰針，油脂狀冰，粘冰和海綿狀冰。尼羅冰：由初生冰繼續(xù)增長，結(jié)成厚度為10厘米以內(nèi)的薄冰層。餅狀冰：直徑為30-300厘米的，厚度為10厘米以內(nèi)的圓形冰盤。初期冰：由尼羅冰或蓮葉冰和冰塊凍結(jié)在一起形成厚度為10-30來厘米的冰層。一年冰：由初期冰發(fā)展而成，時間不超過一個冬季的冰。厚度在