浅海工程设计培训资料

1、1汇报-浅海工程设计2第一篇 潮汐3目 录v第一节 潮汐概述 v第二节 风暴潮简要介绍v第三节 设计水位第一节 潮汐概述 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。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：过南北天极和某地的天顶、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

2、黄道面交角5 8； 白道面与黄道面交点不停地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。平太阳日（日、天）：一回归年中各真太阳日的平均值为平太阳日（24h）回归年：太阳连续两次经过春分点的时间间隔（365.24天）平太阴日：月球连续两次经过观察站天顶的时间为间隔太阴日，各太阴日的年平均值平太阴日。（24小时50分） 朔望月：月球绕地球运动，并一起绕太阳公转。月球从满月的位置出发，再回到该位置的时间间隔（29.53天） 二 潮汐现象 1 1、潮汐要素、潮汐要素高潮、低潮；涨潮、落潮；潮高、潮差；潮时、历时。低潮高潮高潮潮差低高潮潮高基准面落潮涨潮高度时间落潮历时

3、涨潮历时高潮高低潮高平潮停潮2 2 潮汐类型潮汐类型 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。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 1 潮汐椭圆与地球月运动潮汐椭圆与地球月运动 潮汐椭圆：按潮汐静力学理论，覆盖在地球表面的海水，在月、日引力作用下，海面形成椭圆球体。 地球月运动：地球中心绕地月质心的运动。 地球绕地、月共同质心的运动是轨迹为圆周的平移运动，在平移过程中，地心、月心和地月质心恒

4、在一条直线上。 天文学结论：当地球绕地月质心转动时，地表各点处的离心力大小相等，且大小和方向都与地心处的质点离心力相同。feMExy地月离心力R=6371.221km,x=4650kmG GY/X=E/MX=0.73r 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fgfeMMEExy月球引力（万有引力）地月离心力R=6371.221km,x=4650km2 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。 MoonEarth地月离心力万有引力月球引潮力示意图月球引潮力示意图月球引潮力ABCD 四 潮汐

5、不等现象 1.1.日不等现象日不等现象 某点处每日两次高潮，两次低潮不等，因为月球某点处每日两次高潮，两次低潮不等，因为月球赤纬角赤纬角变化变化而引起而引起 2. 2.半月不等现象半月不等现象 地球，太阳和月球三者空间关系不同，形成朔望潮（初一和地球，太阳和月球三者空间关系不同，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）。十五）和方照潮（上弦：初七、初八，下弦：廿二、廿三）。 3. 3.月不等现象月不等现象 月球绕地球椭圆轨道运转，每月一次远地潮，一次近地潮。月球绕地球椭圆轨道运转，每月一次远地潮，一次近地潮。 4. 4.年不等现象年不等现象 地球绕太阳椭圆轨道运转

6、，每年中地日距离不断变化造成地球绕太阳椭圆轨道运转，每年中地日距离不断变化造成。 5.5.多年不等现象多年不等现象 黄道与白道交点以周期为黄道与白道交点以周期为18.6118.61年不断移动而引起年不断移动而引起M北南AM北南A赤纬角潮汐日不等示意图SunMoonEarthSunEarthMoon潮汐半月不等现象日、地、月成直角关系日、地、月在直线上初一初一:新月或朔月新月或朔月初七初七:上弦上弦月月十五十五:望月或满月望月或满月二十三二十三:下弦月下弦月潮潮差差小小潮差大潮差大(1)图中深绿色正圆表示图中深绿色正圆表示地球，其上红色箭头表地球，其上红色箭头表示地球的自转示地球的自转（2）外圈

7、红色箭头表）外圈红色箭头表示月球的公转方向示月球的公转方向（3）两个浅绿色椭圆）两个浅绿色椭圆表示太阳、月球对地球表示太阳、月球对地球的引力，两者横向叠加的引力，两者横向叠加出现大潮，垂直叠加出出现大潮，垂直叠加出现小潮；现小潮；（4）日地月三者关系）日地月三者关系图应与左下角潮差变化图应与左下角潮差变化图对应分析大、小潮与图对应分析大、小潮与月相变化的关系。月相变化的关系。潮汐月不等和年不等现象示意图SunMoonEarth五五 基准面与特征潮位基准面与特征潮位 海岸与海洋工程中，高程测量和水深测量的起算面海岸与海洋工程中，高程测量和水深测量的起算面（零面）称为基准面。（零面）称为基准面。

8、平均海平面平均海平面全国统一采用全国统一采用“黄海平均海平面黄海平均海平面”作为陆地高程起算面，它是青岛作为陆地高程起算面，它是青岛验潮站多年（验潮站多年（ 19 年）的每小时潮位年）的每小时潮位观测记录的平均潮平面。随着观测资观测记录的平均潮平面。随着观测资料的积累，重新核算的料的积累，重新核算的“1985 国家高国家高程基准程基准”比比“1956黄海高程基准黄海高程基准”高高0.0389m 。 2. 海图深度基准面海图深度基准面 由于潮位的升降，实际海面大约有一半时间低于平均海由于潮位的升降，实际海面大约有一半时间低于平均海平面，如果以平均海平面作为深度起算面，那么实际水深将平面，如果以平

9、均海平面作为深度起算面，那么实际水深将有一半左右时间小于海图中标出的水深。为了保证航海安有一半左右时间小于海图中标出的水深。为了保证航海安全，海图中标出的深度最好接近最小深度，即在绝大部分全，海图中标出的深度最好接近最小深度，即在绝大部分时间内，实际水深大于海图水深。为此，海图深度基准面时间内，实际水深大于海图水深。为此，海图深度基准面即潮汐可能到达的最低潮面，即潮汐可能到达的最低潮面， 潮汐表潮汐表 上所预报的潮位值也有一个起算面，上所预报的潮位值也有一个起算面，这个起算面称为潮高基准面。它是平均海平面下的一这个起算面称为潮高基准面。它是平均海平面下的一个面，在个面，在 潮汐表潮汐表 中都有

10、注明，它与海图深度基中都有注明，它与海图深度基准面不一定一致，因此任何时刻某海区某处的实际水准面不一定一致，因此任何时刻某海区某处的实际水深就等于海图深度加上这两个基准面之间的差值和该深就等于海图深度加上这两个基准面之间的差值和该海区海区 潮汐表潮汐表 上的潮位预报值。上的潮位预报值。3. 潮高基准面潮高基准面4. 筑港零点筑港零点在附近地区已经建有港口时，由于这些港口建设初期已经在附近地区已经建有港口时，由于这些港口建设初期已经规定了一个零点，而且一些历史资料都以这个零点为基准，规定了一个零点，而且一些历史资料都以这个零点为基准，所以把它称为筑港零点。所以把它称为筑港零点。 工程上常用到的特

11、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 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。 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。 4）小潮平均最高潮位及小潮平均最低潮位 将每月的两次小潮的潮位取多年平均得到的值。 第二节 风暴潮简要介绍风暴潮：又称气象潮，是一种由非天文因素(海面强风或气压骤变等)引起的海面异常升降现象，使水位大大超过正常潮位。 20070304风暴潮.flv强风和气压骤变常常引起风暴潮，并在沿海地区造成很大灾害。依据诱发风暴潮的大气扰动特征，通常可把风暴潮分为热带风暴

12、（台风、飓风等）引起的风暴潮和温带气旋引起的风暴潮两类，其区别在于前者一般伴随急剧的水位变化，后者的水位变化是缓慢而持续的。风暴潮的形成可以这样描述：当海上突然出现一个风暴，风暴中心气压降低，并引起此处海面上升。同时，风暴中心周围的强风以湍流切应力的作用引起表面海水形成一个与风场同样的气旋式的环流，但由于地球自转形成的地转偏向力的作用，海流在北半球将向右偏，形成一个表面海水的辐散。由于海水运动的连续性，深层海水必将上涌补偿，这样又在深层海水中形成一个辐聚，深层海水的辐聚又由于地转偏向力的影响形成一个环流。一时间，深层环流、海水上涌、海面环流、风场低压共同引起局部海面隆起，并以孤立波形式随着风暴

13、的移动而传播，与此同时，也形成了由风暴中心向四面八方传播出去的自由长波，于是乎，风暴潮形成。我国风暴潮具有如下四个特点：1风暴潮发生的次数频繁；2风暴潮一年四季均可发生；3风暴潮潮位高、增水大；4形成风暴潮的影响因素复杂。（寒潮、低压、台风）风暴潮的形成外在因素：风暴潮的形成外在因素：l一是有利的地形，即海岸线或海湾地形呈一是有利的地形，即海岸线或海湾地形呈喇叭口状，海滩平缓，使海浪直抵湾顶，不喇叭口状，海滩平缓，使海浪直抵湾顶，不易向四周扩散。易向四周扩散。l二是持续的刮向岸大风，如经常出现的秋二是持续的刮向岸大风，如经常出现的秋冬季寒潮东北风、夏季台风和热带气旋带来冬季寒潮东北风、夏季台风

14、和热带气旋带来的东南风。由于强风或气压骤变等强烈的天的东南风。由于强风或气压骤变等强烈的天气系统对海面作用，导致海水位急剧升降。气系统对海面作用，导致海水位急剧升降。l三是逢农历初一、十五的天文大潮、它是三是逢农历初一、十五的天文大潮、它是形成风暴潮的主体。当天文大潮与持续的向形成风暴潮的主体。当天文大潮与持续的向岸大风遭遇时，就形成了破坏性的风暴潮。岸大风遭遇时，就形成了破坏性的风暴潮。 第三节设计水位第三节设计水位一、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。 1.1.设计高、低水位设计高、低水位：指建筑物在正常使用条件下的高、低水位。 2.2

15、.校核高、低水位校核高、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. 1.设计高水位设计高水位：从高潮位累积频率累积频率（P=m/n）曲线查取10%累积频率对应的潮位为设计高潮位。 2.2.设计低水位设计低水位：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，作为校核水位。累积频率 P潮位5.

16、03.01.00.100.90高潮位累积频率曲线低潮位累积频率曲线潮位累积频率曲线31第二篇 海浪32目 录v第一节 波浪概述 v第二节 前进波、驻波和群波v第三节 风浪、涌浪和近岸浪v第四节 统计波高与设计波浪v第五节 小特征尺度结构的波浪荷载33第一节波浪概述波浪概述一、波浪要素一、波浪要素v波峰波面的最高点。v波谷波面的最低点。v波高（H）相邻波峰与波谷之间的垂直距离。v波长（）相邻两波峰或相邻两波谷之间的水平距离。v波幅（a）波高的一半，a=H/2。34波浪要素v波陡（）波高与波长之比，H/。v周期（T）相邻的两波峰或两波谷相继通过一固定点所需要的时间。v频率（f）周期的倒数，f1/T

17、。v波速（C）波峰或波谷在单位时间内的水平位移（波形传播的速度），C/ T。v波峰线通过波峰垂直于波浪传播方向的线。v波向线波形传播的方向线，垂直于波峰线。由于不同波长的波浪其传播速度并不一样，因此同一波源所产生的各种不同频率波浪在向外传播时会发生分离的现象，此即色散现象(Dispersion)例如台风尚在远海，但长涌已先至海滨又如向水潭丢石产生圆形重力波，外缘为长波，内侧波长较短。 36二、波浪的分类v（1）风浪和涌浪 风浪：风的直接作用引起的水面波动（无风不起浪）。涌浪：风浪离开风区传至远处，或者风区里风停息后所遗留下来的波浪（无风三尺浪）v（2）潮波海水在月球和太阳引潮力作用下发生的长周

18、期波称为潮波。由此引起的海面周期性涨落称为潮汐，所引起的海水周期性的水平流动称为潮流。潮汐波又称潮波或天文潮。1. 按成因分类按成因分类37（3）海啸海啸（地震波） v由于海底或海岸附近发生地震或火山爆发所形成的海面异常波动。v特点：周期长，波长长，波速大，在外海坡度很小，当传至近岸时，波高剧增。v世界上常受海啸袭击的国家和地区有：日本、菲律宾、印度尼西亚、加勒比海、墨西哥沿岸、地中海。38（4）风暴潮v由强烈的大气扰动（强台风、强锋面气旋、寒潮大风等）引起的海面异常上升现象。v主要原因：海面气压分布不均匀气压每下降1hPa，海面约升高1cm；大风风暴向岸边移动时，受强风牵引海水涌向岸边，海面

19、升高，升高幅度与风速的平方成正比。v我国风暴潮多发区：莱州湾、渤海湾、长江口至闽江口、汕头至珠江口、雷州湾和海南岛东北角，其中莱州湾、汕头至珠江口是严重多发区。39风暴潮40（5）内波v在海洋中，密度相差较大的水层界面上的波动。v内波对航海的影响：“死水”，船舶难以前进；共振，船舶摇摆幅度大大增加。v克服内波的措施改变航向航速。41海浪大部分能量集中在周期海浪大部分能量集中在周期4 412s12s的范围内，属重力波的范围内，属重力波范围。最常见的重力波是风浪和涌浪。范围。最常见的重力波是风浪和涌浪。2. 按周期或频率分类423.按水深相对于波长的大小分类v深水波水深大于1/2波长波速与波长和周

20、期有关，与水深无关。v浅水波波长大于水深20倍波速取决于水深，与波长和周期无关。v海洋中大部分波浪不是具有深水波的性质就是具有浅水波的性质。43第二节 前进波、驻波与群波前进波、驻波与群波1. 1. 前进波前进波v波浪中水质点只在平衡位置附近作周期性的圆或者椭圆运动，并不随海浪波形向前传播而移动；v风浪和涌浪都是前进波。前进波前进波一、前进波与驻波相对应462. 驻波v两列振幅、周期、波长相等，但传播方向相反的正弦波的叠加，可以得到一种波形不向前传播的波，海面只在原地振动。v台风中的金字塔浪，悬崖峭壁处跳动的浪。驻波驻波立波(驻波,standing wave):波形无推移,各点仅有水面上下起伏

21、493. 波群v振幅、周期、波长相近，传播方向相同的正弦波叠加。在某一固定点观测时，首先出现一阵波高较小的时段，随后波高渐渐增大，而在连续出现几个大波后，波高又再减小；这种成群的波列即称为群波。v深水波的群速为相速的一半，浅水波的群速与相速相同。波群传播情况 51第三节风浪、涌浪和近岸浪风浪、涌浪和近岸浪v特征 ：周期短、波峰尖、波面不规则，易破碎。方向（指来向）与风向较为一致。v影响风浪成长的因素风速：风力大小；风时：状态相同的风持续作用在海面上的时间；风区：状态相同的风作用的海域的范围 一、风浪一、风浪风浪风浪 (Wind Wave)(Wind Wave)风浪：风浪： 由风直接作用引起的水

22、面波动，称为风浪。风浪特征，由风直接作用引起的水面波动，称为风浪。风浪特征，周期较短，波面不规则，波长短。波向与风向一致，波高取周期较短，波面不规则，波长短。波向与风向一致，波高取决于风力、风区、风时。决于风力、风区、风时。 风浪成长与风速，风时和风区的关系风浪成长与风速，风时和风区的关系: :1. 1. 风速风速：一般风速越大产生的风浪也越大。这只适用于风时和：一般风速越大产生的风浪也越大。这只适用于风时和风区不受限制时。风区不受限制时。2. 2. 风时风时：同一方向的风连续作用的时间。一般对水面持续作用：同一方向的风连续作用的时间。一般对水面持续作用的时间越长，海水所获得的动能越大，风浪也

23、越大。的时间越长，海水所获得的动能越大，风浪也越大。3. 3. 风区风区：指风在海上吹过的距离。风区的大小对风浪的成长起：指风在海上吹过的距离。风区的大小对风浪的成长起着不可忽视的作用，若风区的长度不够，风浪也不能充分发着不可忽视的作用，若风区的长度不够，风浪也不能充分发展。展。风浪的三种状态风浪的三种状态v过渡状态：过渡状态： 风吹到大洋上，风风吹到大洋上，风浪随着时间的增长而增浪随着时间的增长而增大。风浪的成长取决于大。风浪的成长取决于风时长短。风时长短。v定常状态：定常状态： 恒定的风长时间吹恒定的风长时间吹在有限的水域上，使海在有限的水域上，使海面各点的风浪要素趋于面各点的风浪要素趋于

24、稳定。风浪的成长取决稳定。风浪的成长取决于风区长短。于风区长短。风浪的三种状态风浪的三种状态v风浪充分成长状态：风区越大，风时越长，风浪就越发展。风浪充分成长状态：风区越大，风时越长，风浪就越发展。但风浪的发展不是无限的，当波陡接近但风浪的发展不是无限的，当波陡接近1/71/7时，波浪开始破时，波浪开始破碎。这是因为风传给风浪的能量，一部分用于增大波高，碎。这是因为风传给风浪的能量，一部分用于增大波高，一部分消耗于涡动摩擦，当风传给风浪的能量与涡动摩擦一部分消耗于涡动摩擦，当风传给风浪的能量与涡动摩擦消耗的能量相平衡时，风浪不再继续增大，即风浪达到极消耗的能量相平衡时，风浪不再继续增大，即风浪

25、达到极限状态，这种状态称为风浪充分成长。限状态，这种状态称为风浪充分成长。v风浪成长主要与风浪成长主要与风速、风区和风时风速、风区和风时有关。另外还受水深及有关。另外还受水深及海域特征等因素影响。海域特征等因素影响。55最小风时与最小风区p风区、风时无限的情况风区、风时无限的情况下，风速越大，处于充分下，风速越大，处于充分成长状态的风浪波高越大，成长状态的风浪波高越大，因此，因此，充分成长的风浪波充分成长的风浪波高取决于风速。高取决于风速。p最小风时：一定风速下，最小风时：一定风速下，风区内风浪达到充分成长风区内风浪达到充分成长状态所需的最短时间。状态所需的最短时间。 p最小风区：在一定风速最

26、小风区：在一定风速下，风区内风浪达到充分下，风区内风浪达到充分成长状态所需要的最短风成长状态所需要的最短风区长度，称为最小风区。区长度，称为最小风区。 56二、涌浪二、涌浪v特征：波形较规则，波峰圆滑，波速与波长较大，涌浪的来向与海面实际风向无关，两者间可成任意角度。57涌浪传播特性v波高逐渐降低，波长、周期逐渐变大，波速变快。台风来临前的征兆。v原因：摩擦消耗 离散作用、角散作用摩擦消耗：波长大的衰减慢，波长小的衰减快。在波高衰减的同时，周期和波长也逐渐加大。离散作用：不同波长、周期、振幅的分波在传播过程中波长大的速度快，短的速度慢，使原来叠加一起的波分散开。散射作用：各分波传播方向不同，在

27、传播中向各方向分散开来。58三、近岸浪三、近岸浪v风浪或涌浪传至浅水或近岸区域后，受地形影响将发生能量集中、波高增大、周期和波长变小、波面变陡、波浪卷倒和破碎、波向折射、绕射和反射等一系列变化。59（1）波向的改变）波向的改变折射折射由深水进入浅水的过程中，由深水进入浅水的过程中，波峰线波峰线有逐渐与等深线平行的趋势有逐渐与等深线平行的趋势。这正。这正是在海岸上观察从外传来的波浪，是在海岸上观察从外传来的波浪，到达近岸时，到达近岸时，波锋线总是大致与海波锋线总是大致与海岸平行的岸平行的原因。原因。绕射绕射波浪绕过障碍物进入被障波浪绕过障碍物进入被障碍物遮蔽的水域。碍物遮蔽的水域。60hLgTc

28、2th2ghc 30g25g波向线波向线波向线波向线61 波波浪浪绕绕防防波波堤堤62（2）波高变化波浪要素随水深的变化曲线64（2）波高变化v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。v波浪绕射进入海湾时，波高降低。v岬角地形处的波高比凹陷处的高。 65波波浪浪向向岸岸传传播播过过程程中中LHH1H2H3L1L2L3wave baseSANDY BOTTOM波长变短波高增加波速降低波浪破碎 (破波)66波浪破碎波浪破碎波浪的破碎波浪的破碎波浪为何会碎？ (1)当波峰附近的水粒子向前运动的速度比波形移动（相速）还要快时，波浪便碎了。 (2)当波面在垂直方向上的加速度大

29、于重力加速度时，水分子便会脱离波面，波浪也会碎了。发生碎波未必限定在海滩上，深海一样有碎波（白浪滔滔就是描述碎波的海面）。 1.斜坡上的破碎准则斜坡上的破碎准则4/3bb00Hd= A 1-exp -1.51+ 15tanLL17. 0Atan0L为海滩坡度,为深水波长,2.破碎波高破碎波高3.波浪破碎的形态波浪破碎的形态 崩破崩破 卷破卷破 激破激破- -0 0. .2 25 50 0. .2 2b b0 00 00 0H H= = t ta an nH H / /L LH H0H为深水波高71波浪破碎类型波浪破碎类型v两因素：深水波陡、近岸海底的坡两因素：深水波陡、近岸海底的坡度度崩破卷破

30、激散Spilling breaker Plunging breaker surging breaker 崩破型波浪卷破型波浪激破型波浪波浪破碎情况76四、其它因素对波高的影响v海流流波效应：波浪和海流反向或接近于反向时，波高要比无流时增大2030左右，并产生部分波浪破碎或全部破碎。当波浪与海流同向时，波长增大，波高减小。v水气温差在风速相同的条件下，气温低于水温时，波高增大。 TwTa1，波高增加5； TwTa2，波高增加10； TwTa10，波高增加50；例如，冬季的北太平洋上，在日本关东东部的黑潮流域，水气温差可达510以上，再加上流波效应，有时出现比预料高23倍的异常大浪，是海事多发的海

31、域，有“魔鬼海域”之称，船舶尽量避开这个区域。第四节统计波高与设计波浪一、不规则波波列的统计分析一、不规则波波列的统计分析上跨零点上跨零点 下跨零点下跨零点特征波高特征波高海面上的波浪状态通常用波浪要素作为特征量来描述。在海面上的波浪状态通常用波浪要素作为特征量来描述。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，因此当我们描述某场海浪的波高是多少时，小是不等的，因此当我们描述某场海浪的波高是多少时，应指明该波高的统计意义，即为哪一种特征波高。应指明该波高的统计意义，即为哪一种特征波高。 （1）平均波高）平均波高 将观测到的所

32、有波高值累加，除以波高的总个数，得将观测到的所有波高值累加，除以波高的总个数，得到的值称为平均波高，它反映了波列总体的大小。若样到的值称为平均波高，它反映了波列总体的大小。若样本总个数为本总个数为 N ，则平均波高为，则平均波高为11NiiHHN（2）累积频率波高）累积频率波高 从波列中选取某一累积频率对应的波高作为特征波高。从波列中选取某一累积频率对应的波高作为特征波高。如等，这种特征波高反映大于等于某给定波高值的波浪如等，这种特征波高反映大于等于某给定波高值的波浪在波列中出现的可能性。如表示在波列中大于等于该波在波列中出现的可能性。如表示在波列中大于等于该波高的波浪出现概率为高的波浪出现概

33、率为1%。( 3 ）部分大波的平均波高）部分大波的平均波高 将波列中的波高由大到小依次排列其中最大的将波列中的波高由大到小依次排列其中最大的P部分部分波高的平均值就称为波高的平均值就称为 P 部分大波的平均波高，记为。部分大波的平均波高，记为。其计算公式如下：其计算公式如下： 11NPpiiHHNP 工程设计中常用的有连续工程设计中常用的有连续 100 个波中最大个波中最大的的 10 个波的平均值称为个波的平均值称为 1/10大波的平均波大波的平均波高记为高记为 ，又称为显著波高，波列中最，又称为显著波高，波列中最大的大的 1 / 3 个大波的平均值记为个大波的平均值记为 , 又称又称为有效波

34、高。为有效波高。 3/1H10/1H二、设计波浪二、设计波浪 设计波浪是指设计海洋工程建筑物时所选用设计波浪是指设计海洋工程建筑物时所选用的波浪要素。其标准包括两个方面：的波浪要素。其标准包括两个方面： 设计设计波浪的重现期标准；波浪的重现期标准； 设计波浪的波列累积设计波浪的波列累积频率标准。频率标准。 我国我国 海港水文规范海港水文规范 给出的波高设计标准给出的波高设计标准 表表1 波高累积频率标准波高累积频率标准 表表2 波高重现期标准波高重现期标准 对于设计波浪波列累积率的选定，应该从不同对于设计波浪波列累积率的选定，应该从不同类型的建筑物对于波浪反应不同的角度来考虑。类型的建筑物对于

35、波浪反应不同的角度来考虑。例如，孤立式和直立式建筑物对波浪的反应较例如，孤立式和直立式建筑物对波浪的反应较灵敏，波列中个别的大浪，即可影响建筑物的灵敏，波列中个别的大浪，即可影响建筑物的安全，所以应当采用较高的波列累积率作为设安全，所以应当采用较高的波列累积率作为设计波浪。对于斜坡堤一类的建筑物，经验表明，计波浪。对于斜坡堤一类的建筑物，经验表明，破坏是逐步造成的，个别大浪并不起决定性的破坏是逐步造成的，个别大浪并不起决定性的作用，而且局部的损坏修复也较容易，所以，作用，而且局部的损坏修复也较容易，所以，可采用较低的波列累积率。可采用较低的波列累积率。 第五节第五节 小特征尺度结构的波浪载荷小

36、特征尺度结构的波浪载荷一Morison波浪力公式对于D/L0.2时的铅直园柱结构，其（x,z)坐标处的单位长单位长度度结构的波浪力：式中：CM-惯性力系数 （Inertia Coefficient) CD-阻力系数（Drag Coefficient) u(x,z,t)为水质点速度。 为水的密度，D为园柱直径。),(),(21),(4),(),(),(2tzxutzxuDCttzxuCDtzxftzxftzxfDMDI二有关系数的确定1 CD， CM的确定 CD 、CM与结构形状，表面粗糙度，流态有关 结构形状 基准面积（单位长度） CD CM圆柱 D 1.0 2.0方柱 D 2.0 2.19方

37、柱 1.41D 1.55 1.0平板 D 2.01 圆板 0.75D2 1. 2 球 0.75D2 0.5 1.50立方体 D2 1.05 1.67以上系数均由大量实验结果整理而得。三 、小直径铅直园柱波浪载荷计算1选择线性波浪理论计算水质点速度和加速度2 单位长度结构波浪力)sin()(2)cos()(22tkxshkdzdchkTHtutkxshkdzdchkTHuuuDCtuCDtzxfDM214),(2 波浪载荷计算示意图dOXdzZfO海底铅直园柱结构 z+d z3 水平总波力和波力矩dOdHdzzdtzxfMdztzxfF)(),(),(dzshkdchkzTHDCdzshkdch

38、kzTHCDFdDdMHcoscos)(21sin24020222sincoscosImmaxaxDHFFF为了便于计算，将原坐标原点移到海底，则有：chkddshkKkdshdkshdkKHKDCFKHDCFMaxDD)(28)(2)(2822122Im12max积分得上式中：tkxMMMaxDHsincoscosImmax二者相位差90，在总的波浪力中所占的比重与D/L有关同理可得：1)()()(11)(2)(2)(2)( 22321842342Im32maxdchkdshkdkchkdKdkchdkshdkdkkdshKHKkDCMKHkDCMMaxHDHD 以上公式为铅直园柱的波浪载荷

39、计算结果，可知结构波浪载荷是随时间变化的，其规律见下页的曲线。且惯性力和阻力变化也并不同相位，其极可用对F求导的方法求出。0cossincos2)sincoscos(ImmaxImmaxaxDaxDHFFFFF四 铅直园柱波浪载荷极值问题对波浪载荷式求导得：讨论：上式成立的条件是： 只能出现在 ，即x=0且故 相当于波面经过静水面的时刻，此时 axDDaxFFFFbaImmaxmaxIm5 . 02coscossin0cosmaxImmax5 . 0HaxDFFF时，最大水平波力当0cos 2tkx42TtaxHDaxIFFFFFImmaxmaxIm0,则axDFFImmax5 . 0 axH

40、axDFFbatFFImmaxImmax)(, 1)sin(sin,5 . 0均满足，条件此时当)2(1 22maxImmaxmaxImIm2maxmaxDaxDDaxaxDHFFFFFFscoFF则：出现在时，当, 1coscossin5 . 0maxImmaxHaxDFFF2maxIm)2(DaxFF2maxIm)2(DaxFFttttouuFIFD波浪波面、水质点速度、加速度、载荷相位关系示意图 海水的大规模流动是海洋环境中重要的物理现象。 研究分析海流的大小、方向和分布，不仅有助于确定它施加于海洋工程结构物上的作用力，而且还因为它对海洋工程建筑物的选址规划、甲骨文稳定性能及海上作业安全可靠性都有着重要的影响。 由于形成海流的原因多种多样，近岸地区的海岸线及地形又变化多端，致使海流的理论研究与其在工程中的应用存在诸多困难。在实际工程中多以海流的实测资料作为分析问题的依据。 sin0247. 00wv 第二节 海流载荷一 海流对工程结构和工程活动的影响1.对结构强度的影响 2 对基础稳定的影响（冲刷，掏空）3 对工程系统的性能的影响（选址规划，结构物稳定性，作业可靠性）4 对工程活动的影响 （拖航，就位）5 对腐蚀速度的影响很大 （带走腐蚀产物，磨蚀）二 海流的流动特