工程水文学ppt

'说明图例邱大洪/主编薛鸿超/主审主讲刘曙光教授 邱大洪，海岸和近海工程专家，1991年当选中国科学院院士（学部委员）。1951年毕业于清华大学土木工程系。现任大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室学术委员会主任，教授，港口、海岸及近海工程博士生导师。1988年被评为国家级有突出贡献的科技专家。先后任国务院学位委员会科学评议组成员、国家自然科学基金会学科评议组成员，国家教育部科技委结构与材料工程学部组长。1992年当选九三学社中央委员；任第八届全国政协委员、第九届全国政协常委。先后任国际近海力学及极地工程会议流体力学委员会委员，中国海洋工程学会中国海洋湖沼学会及中国港口工程学会理事,辽宁省海洋学会副理事长,《水利学报》、《海洋工程》、《港口工程》、《海洋通报》等杂志编委。 邱大洪教授是我国海岸和近海工程学科的开拓者之一。50年代末主持了当时亚洲最大的渔业基地--大连渔港的设计工作，1987年，任总工程师，主持使这座港口具有接纳万吨级远洋捕捞船能力的扩建设计工作获得成功。70年代初作为主要技术负责人，主持了中国第一座现代化的原油输出港--大连新港码头造型、总体和结构设计，并任施工现场的设计代表，提出的19个巨型桥墩采用预制沉箱浮运方案属中国建港史上的首创，该项设计研究获我国科学大会奖和70年代优秀设计奖。86年为开发中国海南北部湾的石油资源，牵头和主持的由五所高校联合承担的六五科技攻关项目“钢筋混凝土多用平台可行性研究”,获86年国家教委科技进步一等奖。 2000年10月12日邱大洪教授为中国专家网www.chinaexpertnet.com建成题词 邱大洪院士受聘我校顾问教授2003年4月7日，邱大洪教授被聘为我校顾问教授。在仪式上，校党委副书记虞丽娟教授代表吴启迪校长向邱大洪教授颁发证书并致贺词，衷心感谢邱大洪院士对我校港口海岸工程学科建设的大力支持。邱大洪院士在授证仪式上回顾了多年来与同济大学建立的深厚友谊，对能够成为同济的一员感到十分高兴，他表示，作为同济的教授，今后一定会为同济的发展尽自己的一份力量。授证仪式结束后，邱大洪院士为同济师生作了题为《二十一世纪海岸和近海工程学科中的科学技术问题》的学术报告。 左：邱大洪院士右：虞丽娟教授 自左向右：刘曙光教授朱合华教授楼梦麟教授邱大洪院士虞丽娟教授唐益群教授黄茂松教授 申请同济大学学士学位毕业设计《工程水文学》课件设计诸葛正技专业：港口航道与海岸工程指导老师：刘曙光教授土木工程学院地下建筑与工程系2003年6月 图例说明文字超链接至所设版面回目录下一页连接到图片资料连接到影音多媒体资料下一张图片或影音多媒体资料从图片或影音多媒体资料返回 目录第一章绪论第二章河川水文基础知识第三章河川水文测验第四章水文统计基础知识第五章河道工程设计水位及流量推求第六章海浪第七章潮汐第八章近岸海流 第一章绪论第一章绪论1）水文循环2）河川和海洋资源3）水文学4）水文学的研究方法 第一章绪论→(1)水文循环1/6水以不同的形式存在于自然界中。图中单位为可供直接饮用的河流和淡水湖泊10.17万 第一章绪论→(1)水文循环2/6 定义：存在于地球上各种水体中的水，在太阳辐射与地心引力的作用下，以蒸发、降水、入渗和径流方式进行的往复交替的运动过程，称为水文循环或水循环。（原因、环节）分类：大循环－－海陆之间的水文循环小循环－－海洋或陆地局部的水文循环地球上的水文循环是由一系列大小循环组合而成的一个复杂的动态系统水文循环是最活跃的物质循环之一，与人类生存、生产有着密切关系。水文循环的运动规律建立在水量平衡的基础上，是质量守恒在水文循环中的特殊表达方式。第一章绪论→(1)水文循环3/6水文循环 定义：地球上任一区域在一定时段内，输入的水量与输出的水量之差等于该区域内蓄水量的变化，称为水量平衡。从长时期来看，地球上的水循环是处于相对平衡状态的。因此可以假设，自然界水的总量是一个常值。流域n年的水量平衡方程：式中：X——年降水量Y——年径流量Z——年蒸发量Un——第n年末流域蓄水量第一章绪论→(1)水文循环4/6水量平衡 如令：——流域多年平均降水量——流域多年平均径流量——流域多年平均蒸发量则多年的水量平衡方程为：第一章绪论→(1)水文循环5/6 在多年平均的情况下，流域蓄水量的变化项(Un-U0)/n甚小，可以忽略不计，则闭合流域的最后的多年平均水量方程为：对于一个闭合流域，多年（长期）的平均降水量同多年的平均径流量和蒸发量的关系处于一个平衡状态，这种水量实质上是质量守恒原理的一种表现形式，水量平衡方程可广泛应用于任何隔离水体，在水文分析计算中是个有力工具。第一章绪论→(1)水文循环6/6 第一章绪论→(2)河川和海洋资源1/1我国的河川和海洋都蕴藏着丰富的资源，有待于我们去综合开发和利用。所有的这些水资源的开发利用，都需要我们进行相应的工程建设，工程水文学是我们利用地球丰富资源的基础。 水文学(Hydrology)是一门研究水在自然界中运行、变化和分布规律的科学。第一章绪论→(3)水文学1/2 应用于实际工程的水文学称为工程水文学，包括有关控制或利用河川和海洋资源所建造的工程，其规划、设计、施工与运行管理所需要的水文学的知识。应用于实际工程的水文学称为工程水文学第一章绪论→(3)水文学2/2 成因法确定性规律偶然性规律区域性规律随机现象概率论和数理统计区域性方法第一章绪论→(4)水文学的研究方法1/1 冰川： 湖泊： 大气： 沼泽： 沼泽： 地下：贵州安顺地下暗河 地下：趵突泉 山河：长江 山河：黄河入海口 4/4 我们可以： 但是： 海平面上升酸雨臭氧层空洞水污染 科学技术以前所未有的速度和规模迅猛发展，增强了人类改造自然的能力，给人类社会带来空前的繁荣，也为今后的进一步发展准备了必要的物质技术条件。对此，人们产生了盲目乐观情绪，好象自己已经成为大自然的主人，可以长期掠夺资源而不会受到大自然的惩罚。然而，这种掠夺式生产已经造成了生态和生活的破坏，大自然向人类亮起了红灯。 人类的明天将是什么样子呢？悲观主义者描述了世界末日的景象，向全世界敲响了警钟。人们承认面临的严重危机，但是可以通过共同的努力战胜它，寻求新的发展道路。 我们只有一个地球 海上平台 海上平台 海上平台 航运 第二章河川水文基础知识第二章河川水文基础知识第一节、河流和流域第二节、径流形成过程及其主要影响因素第三节、河川水文情势 第二章河川水文基础知识→(1)河流与流域一、河流二、流域 第二章河川水文基础知识→(1)河流与流域→a）河流1/101、河流的形成和分段河流——汇集地面径流和地下径流的水道河水流经的谷地称为河谷。河谷底部有水流的部分为河床。脉络相通的大小河流所构成的系统为水系（或河系）。 河源上游中游下游河口一般天然河流，按照河谷和河床的情况，冲淤程度，水情变化等特点，分为：第二章河川水文基础知识→(1)河流与流域→a）河流2/10 2）河流的基本特征第二章河川水文基础知识→(1)河流与流域→a）河流3/10 河流断面河流横断面：垂直于水流方向的断面。水位：自由水面用某一水准基面的高程（m）标定。第二章河川水文基础知识→(1)河流与流域→a）河流4/10 河流纵断面：沿河流中泓线的断面。中泓线：河流中沿水流方向各断面最大水深点的连线。第二章河川水文基础知识→(1)河流与流域→a）河流5/10 河流长度——从河源到河口的距离。河流比降——单位长度河段的落差。——河底或水面比降。——河段上游端和下游端水面或河底的高程。——河段长度。——水面或河底落差。第二章河川水文基础知识→(1)河流与流域→a）河流6/10 3）山区与平原河流的一般特性山区河流流经地势高峻、地形复杂的山区。受水流不断的纵向切割和横向拓宽，河谷断面形成发育不完全的“V”字和“U”字形。第二章河川水文基础知识→(1)河流与流域→a）河流7/10 平原河流流经地势平坦的平原地区。河谷多为发育完全的河漫滩形态。第二章河川水文基础知识→(1)河流与流域→a）河流8/10 在平原河流主槽中，由于水流和河床的相互作用，往往形成各种淤积体。第二章河川水文基础知识→(1)河流与流域→a）河流9/10 平原河流的横断面形状根据所在位置的不同有抛物线、不对称三角形和W形等数种。第二章河川水文基础知识→(1)河流与流域→a）河流10/10 第二章河川水文基础知识→(1)河流与流域→b）流域1/41）流域分水线与流域面积降水落到地面形成的径流，被高地、山岭分隔而汇集到不同的河流中，汇集水流的同一区域为某河流的流域。概括说就是河流的集水区域。分隔水流的高地、山岭的山脊线，就是相邻流域的分界线，称分水线（或分水岭） 地面分水线和地下分水线相重合的流域为闭合流域；地面与地下分水线不重合的流域叫做非闭合流域。流域的分水线和出口断面所包围的面积，称为流域面积，或称为集水面积（km2）第二章河川水文基础知识→(1)河流与流域→b）流域2/4 2）流域特征几何特征自然地理特征第二章河川水文基础知识→(1)河流与流域→b）流域3/4 几何特征主要指流域面积和流域形状自然地理特征主要是流域的地理位置和地形第二章河川水文基础知识→(1)河流与流域→b）流域4/4 a）径流形成过程第二章河川水文基础知识→(2)径流形成过程及其主要影响因素1/2 b）影响径流的主要因素2/2第二章河川水文基础知识→(2)径流形成过程及其主要影响因素 第二章河川水文基础知识→(3)河川水文情势1/3a）河川水文情势河川水文要素，如水位、流量、泥沙和冰情等多年的一般变化情况，称为河川水文情势（水文要素）。模糊性周期性地区性不重复性特点： b）径流的度量单位流量（Q）：单位时间内流过断面的水体体积。(m3/s)径流总量（W）：某时段T内流过断面的总径流体积。(m3)径流深（y）：径流总量平均分布在流域上的水深。(mm)第二章河川水文基础知识→(3)河川水文情势2/3 径流模数（M）：单位流域面积上所产生的流量。径流系数（α）：某时段降雨量x所形成径流深y的比例数因为降雨总是会有损失，所以一般α只能小于1。第二章河川水文基础知识→(3)河川水文情势3/3 第三章河川水文测验第三章河川水文测验1）水文测站2）水位观测3）流量测验4）水位－流量关系曲线 水文站分类第三章河川水文测验→(1)水文测站1/2 测站的布设测验河段的选择基本水文站的布设第三章河川水文测验→(1)水文测站2/2 水位观测设备及其布置水面相对于某一基准面的高程称为水位。水尺自记水位计观测水位设备第三章河川水文测验→(2)水位观测1/7 2/7第三章河川水文测验→(2)水位观测1、水位观测的内容和要求内容：基本水尺和比降水尺观测时段要求比降水尺的水位观测要求精度要求：基本水尺读至1cm，比降水尺读到0.5cm2、港航测设中的临时水位观测 水位观测资料的整理绘制日平均水位过程线与日平均水位历时曲线日、月、年平均水位计算编制“逐日平均水位表”3/7第三章河川水文测验→(2)水位观测 日平均水位法1）算术平均法2）面积包围法4/7第三章河川水文测验→(2)水位观测 编制“逐日平均水位表”5/7第三章河川水文测验→(2)水位观测 6/7第三章河川水文测验→(2)水位观测 绘制日平均水位过程线与日平均水位历时曲线日平均水位过程线是以水位为纵坐标、时间为横坐标绘出的曲线，每年一条，是分析河流水情变化特点的重要资料。日平均水位历时区线是一个累积曲线，表示大于或等于某一水位值1年中出现的天数，航运工程设计时，很注重此特征值。7/7第三章河川水文测验→(2)水位观测 水文缆道探深取沙 声波自记水位计的记录合远传设备 1/6第三章河川水文测验→(3)流量观察断面测量测量水位沿断面宽度选若干个测点及测深垂线测量各垂线的水深将水位减去水深得到河底高程绘制河槽断面图计算过水断面面积 起点距——起点距，m——基线长度，m——基线与测深垂线的夹角横断面图的绘制根据测深时的水位，测得的水深及起点距数据即可绘制过水断面图，若加上水面以上水准测量各点高程和起点距，就可绘制成大断面图。2/6第三章河川水文测验→(3)流量观察 3/6第三章河川水文测验→(3)流量观察 流速测量及流量计算断面流速分布水面以下0.2倍水深处流速最大，垂线平均流速约在水面以下0.6倍水深处。4/6第三章河川水文测验→(3)流量观察 测流原理实际工作中用实测断面面积和实测流速来推算5/6第三章河川水文测验→(3)流量观察 流速仪实测流速的方法6/6第三章河川水文测验→(3)流量观察 水位—流量关系曲线的绘制1、定义：用断面的实测流量和相应水位资料点绘的曲线，称为：水位—流量关系曲线两者关系单一关系“稳定良好”对应两个以上流量值“不稳定”洪水涨落影响回水变动影响河床冲淤影响1/4第三章河川水文测验→(4)水位－流量关系曲线2、用途3、分类 稳定的水位流量关系一般发生在：河床稳定，河道坡度较大，河段顺直的山区河流 水位—流量关系曲线的延长水位—流量关系曲线高水位延长方法水位－面积－流速关系延长法水力学公式延长法史蒂文森法2/4第三章河川水文测验→(4)水位－流量关系曲线 1）水位—面积－流速关系延长法当需要延长的水位变幅小于总水位变幅的20％时，可按曲线相关分析的趋势外延。先根据本年实测大断面，绘出H-A关系曲线延长高水位的H-V曲线根据任一高水位值，由上述两条的延长部分查出相应的A,V值，距Q=A·V算出延长的流量，就可将H-Q关系曲线延长 2）水力学公式延长法与前区别是延长H-v曲线时，流速v时根据水力学公式计算的。n－糙率I－水面比降R－水力半径A－高水延长的断面积 3）史蒂文森法（Q-AR1/2延长法）对于宽浅型天然河道据实测大断面和流量资料，计算的值，填表。绘制关系曲线。因高水位时近似与直线，故可顺势延长。根据表内最后一列数据，将曲线绘至a点由a点引一条水平线，交的延长线于b，由b作一垂线与所知水位引出的水平线相交于c点，根据c延长H-Q曲线，c点即对应流量如果Flash不能正常播放，请点击下载Flash播放器 水位—流量关系曲线低水位延长方法分析法纵横断面资料确定法3/4第三章河川水文测验→(4)水位－流量关系曲线 4/4第三章河川水文测验→(4)水位－流量关系曲线流量资料的整理 第四章水文统计基础知识1）随机变量及其概率分布2）统计参数的估计3）水文频率计算求矩适线法4）相关分析第四章水文统计基础知识 随机变量第四章水文统计基础知识→(1)随机变量及其概率分布1/6出现某一数值Xi常具有相应的概率，表明这种变量x带有随机性，称为随机变量，或随机变数。相邻两个随机变量之间，不存在中间值随机变量的一个有限区间内可以取得任何数值 随机变量的概率分布随机变量与其概率一一对应的关系，称为随机变量的概率分布规律，简称概率分布。是随机变量x的分布函数。代表X大于某一取值x的概率，其几何曲线称为概率分布曲线；如果用实测资料点绘的，水文上称为累积频率曲线。第四章水文统计基础知识→(1)随机变量及其概率分布2/6 通过密度函数可以求出概率分布函数F(x)第四章水文统计基础知识→(1)随机变量及其概率分布3/6 随机变量的分布参数能说明随机变量统计规律的某些特征数值，称为统计参数，或特征参数，有时为分布参数。第四章水文统计基础知识→(1)随机变量及其概率分布4/6 均值（平均数）均值表示系列的分布中心，代表随机变量系列的平均水平，值越大表示累积频率曲线或密度曲线的平均水平值高，值小则平均水平值低。 众值（众数）概率密度曲线峰顶值在x坐标上相应的位置值，为中值（中位数）对于连续随机变量，把概率密度曲线下的面积分为两个相等部分所对应的x值为中值，为 均方差描述概率分布离散趋势的特征参数。限于比较均值相同的系列随机变量分布越分散，均方差越大；分布越集中，均方差越小。 变差系数比较两个不同均值系列的离散程度时，采用均方差与均值之比值，用于衡量系列相对离散程度。对于某条河流的年径流量来说，Cv越大，其年际变化越大；若两个河流比较，一般大河的调节作用比小河要大，所以大河年径流分布的Cv值比小河的小。——为模比系数 Cv越大，随机变量x的分布越分散，概率分布曲线的左侧抬高，右侧降低；反之，左侧下降，右侧上抬。 偏态系数反映密度曲线的对称特征，即衡量系列在均值的两侧分布对称或不对称（偏态）程度的系数。 当Cs>0，密度曲线峰顶在均值的左边，为左偏或正偏，概率分布曲线为向下凹曲线。当Cs<0，密度曲线峰顶在均值的右边，为右偏或负偏，概率分布曲线为向上凸曲线。当Cs=0，密度曲线峰顶在均值处，为对称分布或正态分布，概率分布曲线为一直线。 水文现象大多属于正偏，Cs>0（PIII曲线）。当其他参数不变时，Cs值越大，则概率曲线的凹度越大，即两端都在正态直线以上，中间部分向下。 几种常见的概率分布曲线正态分布皮尔逊III型曲线耿贝尔分布威布尔分布第四章水文统计基础知识→(1)随机变量及其概率分布5/6 正态分布特点：1）单峰型2）以均值为轴对称Cs=03)曲线两端趋于并以x轴为渐近线 ——，称为的伽马函数皮尔逊III型曲线英国生物学家皮尔逊(K·Pearson)统计分析大量实际资料，发现概率密度函数曲线的图形是单峰式的，且曲线的两端或一端与横轴线渐近相切。——曲线七点的横坐标值，待定参数——特定参数 曲线参数与统计参数之间的关系： 已知某河洪峰的均值，变差系数，偏态系数如流量的概率分布与皮尔逊III型相符，求累积频率曲线和百年一遇（P=1%）的设计洪峰流量值。解答过程：查表3，取Cs=4Cv、Cv=0.6的各项P值和对应的Kp值，填入表格。根据公式计算累积频率曲线纵坐标Qp值，以累积频率P为横坐标标点绘在概率格纸上，即是皮尔逊III型累积频率曲线。从曲线上即可查得P＝1％的设计流量值P-III曲线的绘制（例题） 耿贝尔分布I型极值分布率：最小项极值分布率： 威布尔分布 重现期重现期T与累积频率P的关系研究某一年的水文特征值上述累积频率是指多年平均出现的机会；重现期则是平均若干年出现一次，而不是固定的周期。第四章水文统计基础知识→(1)随机变量及其概率分布6/6 第四章水文统计基础知识→(2)统计参数的估计1/4总体与样本统计数学将研究对象中全部个体的总和，称为总体，总体所含个体的数目，叫做总体的容量。总体中的一部分个体称为样本。样体所含的个体的数目叫做样本容量。由于样本是总体的一部分，因此样本的特征在一定程度上反映出总体的特征。 第四章水文统计基础知识→(2)统计参数的估计2/4统计参数估计与随机变量总体的概率分布参数相对应，随机变量样本的累积频率曲线参数也有3个，即均值、变差系数和变态系数。 第四章水文统计基础知识→(2)统计参数的估计3/4矩法估计样本系列统计参数1）样本的均值估算2）样本的变差系数估算3）样本的偏态系数估算 第四章水文统计基础知识→(2)统计参数的估计4/4抽样误差由随机抽样而引起的误差，在统计学中称为抽样误差。 中心矩随机变量X对分布中心M（X）的离差，其k次幂的数学期望称为X的k阶中心矩。对样本系列： 原点矩随机变量X对原点的离差，其k次幂的数学期望M（Xk），称为随机变量X的k阶原点矩。对样本系列：当k＝1时，，即一阶原点矩就是数学期望。 适线法——以经验频率点数据为基础，给它配置一条拟合最好频率的曲线。第四章水文统计基础知识→(3)水文频率计算求矩适线法1/1绘制经验累积频率曲线矩法求样本统计参数选定线型适线 第四章水文统计基础知识→(4)相关分析1/5 第四章水文统计基础知识→(4)相关分析2/5回归线的误差回归线只能反映两变量间的平均关系，利用回归线来插补展延短期系列时，总有一定误差。为了衡量回归线与观测点之间的误差，采用均方误：——y倚x回归线的均方误——观测点的纵坐标值——由xi在回归线查得的纵坐标值——观测资料的项数——样本计算总体均方误的修正值 第四章水文统计基础知识→(4)相关分析3/5相关系数显著水平对于某种具体问题，只有当相关系数的绝对值大到一定程度时，才可用回归线近似x与y之间的关系，并可用x插补延长y值，在这种情况下，称相关系数显著。一般是通过样本资料相关对总体的相关程度作出判断，由于抽样误差存在，用样本推断总体，很有可能作出这样或那样的错误判断；这种错误判断的概率称为显著水平。一般在水文中进行检验时： 第四章水文统计基础知识→(4)相关分析4/5相关分析的内容判定变量之间有无相关关系，若存在计算相关系数密切程度。建立定量关系，回归线方程。进行系列的延长，预报合误差分析。运用相关分析注意点进行变量的成因分析。同期资料，样本容量>=12 第四章水文统计基础知识→(4)相关分析5/5某河某站有15年的年平均流量资料y，和较长期的年降雨量记录x，为了由x系列延长y系列，需相关分析x和y的关系例题1）整理同期对应的流量与降水资料，填表；2）绘制点据图。3）列表计算相关系数，求出，，进行显著水平检验:4）建立回归方程，计算回归系数建立y倚x的回归方程5）回归线的误差计算均方误6）根据回归方程插补延长y系列 完全相关（函数关系）变量x的每个确定值都有一个确定的y值与它相对应，称y是x的函数，两者属完全相关（即数学上的函数关系）。 零相关若两种现象互不影响，毫不相关，它们的相关点在图上分布散乱，或成水平只成垂线。 相关关系（统计相关）变量x的每个确定值所对应的变量y，由于受到众多偶然因素的影响，数字是不完全确定的，但是根据x与y对应值所绘出的点子，虽不严格成直线或曲线函数关系，但仍显示出一定的趋势，这种介于完全相关与零相关之间的关系，称统计相关或相关关系。 回归分析法回归直线方程：——y倚x而变的回归方程的回归系数，也可用表示。以上相关线代表了两变量之间的相关关系，但还不能直接说明相关密切程度，为此引入描述相关程度特征值，称相关系数。 回归系数： 第五章河道工程设计水位及流量推求第五章河道工程设计水位及流量推求1）设计洪水2）设计通航水位与设计流量推求 第五章河道工程设计水位及流量推求→(1)设计洪水1/4规划、设计、施工所依据的流量和水位称之为设计流量和设计水位。与工程安全和经济有关的洪水流量与水位关于正常通航的设计流量和设计水位通过频率分析方法解决设计洪水问题除应用频率分析解决问题外，还运用历时曲线和保证率频率法推求设计通航最低水位 洪水过程特征要素洪峰流量Qmax。一次洪水过程总量W(ABCDE所包围的面积，AC为地面和地下径流的分隔线)。洪水历时（由涨水历时t1与退水历时t2相加求得）。第五章河道工程设计水位及流量推求→(1)设计洪水2/4 设计洪水和设计标准设计标准确定后，按标准推求的洪水，称为设计洪水。第五章河道工程设计水位及流量推求→(1)设计洪水3/4 第五章河道工程设计水位及流量推求→(1)设计洪水4/4 第五章河道工程设计水位及流量推求→(2)设计通航水位与设计流量推求1/1根据通航要求，按规范确定频率和保证率在每年的水位历时曲线中，根据Pi（保证率）取水位值将选取各年的水位值作为样本进行频率分析根据指定的累积频率在曲线上查的相应的设计水位通航保证率用正常通航历时的百分数表示：通航保证率＝正常通航日数/全年总日数×100％ 第六章海浪1）海浪要素和分类2）海浪观测3）海浪要素统计规律4）海浪谱基础知识5）根据海浪观测推算设计波浪第六章海浪 第六章海浪→(1)海浪要素和分类1/4 海浪要素海浪是海水运动形式之一，它的产生是外力、重力与海水表面张力共同作用的结果。第六章海浪→(1)海浪要素和分类2/4 海浪分类第六章海浪→(1)海浪要素和分类3/4 除此之外，还可以分成：长峰波短峰波前进波驻波深水前进波浅水前进波振荡波推移波第六章海浪→(1)海浪要素和分类4/4破碎波 前进波：海面上形成的波峰线向前或向岸传播的波浪。驻波（立波）：是波形不向前传播，波峰和波谷在原地作周期性升降的波浪。 根据微幅波理论（线性理论），规则深水波的波速、波长和周期的关系：规则浅水波的波速、波长和周期的关系：——重力加速度——水深m——以正切双曲线函数表示的浅水因子。波浪由深水传入浅水后，周期不变 根据波浪行进海岸时的变化，对于坡岸较缓的海滩，近岸水域按不同水深可分为：深水区、浅水区、击岸波区及岸边区。表示波浪破碎处水深，对应的波高称为破碎波高，用表示。 第六章海浪→(2)海浪观测1/1波浪观测的方法岸用光学测波仪遥测重力测波仪压力式测波仪 第六章海浪→(3)海浪要素的统计规律1/2固定点波高和周期的统计分布相邻的两个上跨零点（或下跨零点）间的时间间隔为周期，平均值为平均周期。固定点波高和周期的理论分布函数波高与波长的理论分布函数周期的理论分布函数波高与周期的联合分布海浪要素统计规律 两种特征波及其相互关系特征波波高的两种表示方法两种特征波高的相互关系与某一累积频率波高对应的特征周期我国海港工程设计波浪的波列累积频率标准设计波浪指在海港工程设计中，在设计各类建筑物和他们的各个部分时所选用的波浪要素。波浪重现期标准波列累积频率标准第六章海浪→(3)海浪要素的统计规律2/2 波高与波长的理论分布函数假定：复杂的海岸是由多个振幅不等、频率不等、位相错置的简谐波叠加，每个简谐波称为组成波。波面方程：波面在静水面以上的高度组成波的振幅、圆频率组成波的初位相 概率密度函数：由李雅普诺夫定理得将上式从H积分到，得分布函数： 在工程设计中，往往是对应于指定累积频率F％的波高以上仅适用于深水区，当波浪由深水逐渐传向浅水区时，波高的分布规律发生变化，水深d开始影响波高的分布。令 平均波高是各种累积率波高的换算媒介，是一种常用的特征波高。特征波波高的两种表示方法波列中选取某一累积频率对应的波高作为特征波高，即所谓部分大波的平均波高作为特征波高。将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为特征波高。显著波高有效波高 第六章海浪→(4)海浪谱基础知识1/3海浪谱的概念海浪是一种十分复杂的流体运用，用简单的规则波动不能充分说明，统计规律也只能反映它外在的表现的规律，而不能说明内部结构。为了进一步研究波浪，提出海浪谱的概念。海浪谱揭示海浪内部结构及其能量分布。 为波谱，由于它反映能量密度，称为能谱，又由于它给出能量相对于频率的分布，称频谱。第六章海浪→(4)海浪谱基础知识2/3令为频率的某一函数我们研究此式表示波浪能量相对于组成波频率的分布。当为1，表示单位频率间隔内的能量，即能量密度。海浪总能量 海浪谱形式举例常见形式劳曼谱皮尔逊－莫斯柯维奇（P－M）谱JONSWAP谱勃列斯奈德－光易谱文圣常谱第六章海浪→(4)海浪谱基础知识3/3 第六章海浪→(5)根据海浪观测推算设计波浪1/3推求重现期设计波浪的方法直接推算方法间接推算方法 我国海港工程设计波浪的重现期标准用概率论方法来推求按某一重现期设计波浪设计的建筑物在使用年限内可能遭受破坏的概率，称为危险率（遭遇概率），以q表示。在m年中出现的波浪均小于Hp的概率为F，称为安全率。既考虑工程使用年限（工程寿命）m，又指定在使用年限内工程的破坏风险，则可推得所需要的设计波浪重现期T。第六章海浪→(5)根据海浪观测推算设计波浪2/3 利用长期测波资料推算设计波浪我国港口工程技术规范规定，当筑港工程所在地或者附近的海区有较长期的（20年以上）波浪实测资料时，可以用分方向的年最大波高（以某一特征波表示）组成系列进行分析，以确定各方向不同重现期的设计波浪。利用短期（1～3年）测波资料推算设计波浪与设计波高相对应的设计周期的推算方法第六章海浪→(5)根据海浪观测推算设计波浪3/3 第七章潮汐第七章潮汐1）潮汐现象及其成因2）潮位观测与潮汐预报3）海岸工程设计潮位推算 第七章潮汐→(1)潮汐现象及其成因1/4地球上不同海域离地球和太阳的相对位置不同，所受到的引力有所差异，从而导致地球上海水的相对运动。产生潮汐的成因台风、寒潮等天气系统带来大风或气压剧变，这也能引起海面水位异常升降。风暴潮 与潮汐现象有关的天文知识太阳的视运动月球的视运动第七章潮汐→(1)潮汐现象及其成因2/4 潮汐现象在月球、太阳和其他天体引潮力的作用下，地表海水发生周期性运动的现象为潮汐，它包括海面周期性的垂直涨落运动和海水周期性的水平进退流动。习惯上，前者称为潮汐，后者为潮流。潮位过程线潮汐类型半日潮日潮混和潮第七章潮汐→(1)潮汐现象及其成因3/4 引潮力及潮汐成因牛顿Newton牛顿潮汐静力学理论（平衡潮理论）万有引力拉普拉斯Laplace潮汐动力学理论强迫振动第七章潮汐→(1)潮汐现象及其成因4/4 第七章潮汐→(2)潮位观测与潮汐预报1/2潮位观测近岸潮汐的变化不但与引潮力有关，还受到水文气象因素、海岸形态以及水下地形等影响，各地的差异甚大。按我国《港口工程技术规范》规定，港口工程建设需要20年以上的实测潮位资料。对于远离验潮站的新建港口也必须至少具有1年以上的实测潮位资料。水位＝水尺读数＋水尺零点高程 潮汐分析预报第七章潮汐→(2)潮位观测与潮汐预报2/2 第七章潮汐→(3)海岸工程设计潮位推算1/2平均海平面基准面和特准潮位半潮面理论深度基准面潮高基准面当地零点特征潮位最高（低）潮位平均最高（低）潮位平均大潮高（低）潮位平均小潮高（低）潮位 设计潮位的推算设计高潮位设计低潮位极端高潮位极端低潮位第七章潮汐→(3)海岸工程设计潮位推算2/2 谢谢Q&AEND2003年6月'