[工学]桥涵水文 第5章海洋水文1.ppt

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1、工学桥涵水文 第5章海洋水文1 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第五章 海洋水文沿海地区修建的跨越河口、港湾、岛屿等大桥，其桥位的选择、勘测、桥长、桥高和桥型方案的确定，都与所在地区的潮汐、海浪、海流及泥沙运动等海洋、海岸水文环境有密切关系。东海大桥东海大桥起始于上海南汇区芦潮港，北与沪芦高速公路相连，南跨杭州湾北部海域，直达浙江嵊泗县小洋山岛。东海大桥工程是上海国际航运中心洋山深水港区一期工程的重要配套工程，为洋山深水港区集装箱陆路集疏运和供水、供

2、电、通讯等需求提供服务。东海大桥全线可分为约2.3公里的陆上段，海堤至大乌龟岛之间约25.5公里的海上段，大乌龟至小洋山岛之间约3.5公里的港桥连接段，总长约为31公里。大桥按双向六车道加紧急停车带的高速公路标准设计，桥宽31.5米，设计车速80公里/小时。东海大桥东海大桥东海大桥东海大桥杭州湾跨海大桥是一座横跨中国杭州湾海域的跨海大桥，它北起浙江嘉兴海盐郑家埭，南至宁波慈溪水路湾，全长36公里，是目前世界上最长的跨海大桥，比连接巴林与沙特的法赫德国王大桥还长11公里，已经成为中国世界纪录协会世界最长的跨海大桥候选世界纪录，成为继美国的庞恰特雷恩湖桥后世界第二长的桥梁。杭州湾跨海大桥杭州湾跨海

3、大桥青岛海湾大桥，东起青岛主城区308国道杨家群入口处，跨越胶州湾海域，西至黄岛红石崖，（一期工程）路线全长新建里程28.047 公里（二期工程12公里）。其中海上段长度 25.171 公里，青岛侧接线 749 米、黄岛侧接线 827.021 米、红岛连接线长 1.3 公里。主线桥宽35米，双向六车道，设计行车速度 80 公里/小时，工程概算投资 90.4 亿元。预计将于2011 年建成。青岛海湾大桥效果图 青岛海湾大桥青岛海湾大桥桥梁及其附属建筑物的设计高程，必须根据高潮位来确定。潮差段是波浪力、海冰的主要影响区，是建筑物和海岸受海水腐蚀最严重的范围。海岸施工场地的布置、预制构件的浮运都和潮

4、位的涨落有密切关系。一、潮汐潮汐是日、月引潮力引起的海洋水面周期性的升降运动。潮汐又引起潮流，两者的周期变化是完全相应的。第一节潮汐和潮流潮汐现象与天体引力有关，随地球、日、月三者位置的变化而变化。月球绕地球运行的轨道长轴随天体的运动在不断变化，月球离地球越近，对海水的引力越大；另外，日、月相对地球的运动位置也在不断变化，因此潮汐表现了与此现象相应的变化规律，即大约9年和19年发生周期性变化。第一节潮汐和潮流地球上的潮汐现象主要是有月和日的引力引起，月球引力为太阳引力的2.2倍，而以月球引力为主。地球表面各质量点都受到月球的吸引力，同时，又受到绕地、月系共同质心转动产生的惯性离心力，这两个力的

5、合力为引潮力。第一节潮汐和潮流朔望潮：每逢初一（朔）、十五（望），太阳、月亮河地球位于一条直线上，日月对海水的引力方向也在同一直线上，形成潮汐的高潮最高，低潮最低，潮差最大，称为大潮或朔望潮。方照潮：上弦（初七、初八）和下弦（二十二、二十三）时，日月地三者处于直角位置，日、月引力相互抵消，出现半月中潮差最小，称为小潮或方照潮。一般大潮和小潮在朔、望和上、下弦之后的13d出现。第一节潮汐和潮流各地潮汐不同的形态：（1）半日潮：在一个太阳日（24h50min）内出现两次高潮和两次低潮。它们的高度和历时都几乎相同，潮位时间曲线为对称余弦曲线。（2）日潮：一个太阴月（29d12h44min28s）中大

6、多数太阳日，出现一次高潮和一次低潮。潮位曲线为对称的余弦曲线。（3）混合潮：有不规则半日潮河不规则日潮两者情况。第一节潮汐和潮流二、我国潮汐和风暴潮太平洋潮波引起的强迫振动是我国海域潮汐的主要成分。风暴潮：台风、寒潮等天气系统带来的大风或气压剧变而引起的海水位异常上升的现象。海啸：由地震、地壳剧变、海中核爆炸引起的异常海水位上升和波动。第一节潮汐和潮流港口大潮差（m）小潮差（m）港口大潮差(m)小潮差（m）说明 福州5.703.60黄埔2.50.3厦门4.602.90基隆1.20.3青岛3.481.91高雄0.40.2上海3.002.00秦皇岛1.0大连2.501.39湛江4.872.18平均

7、潮差 天津2.48我国主要港口潮差三、基准面和特征潮位1.国家高潮基准1957年，我国采用“黄海平均海平面”作为全国统一的陆地高程起算面，即基准面。1985年国家高程基准高程=1956年黄海高程-0.029m1987年5月，我国采用1985年国家高程基准，废除1956年国家高程基准。第一节潮汐和潮流2.平均潮面平均潮面：平均高潮和平均低潮的平均值。由于潮汐曲线不是准确的余弦曲线，它与平均海平面并不重合，两者相差可视为常数。理论深度基准面：理论计算得到的最低潮面。潮高基准面：潮汐表预报潮位的起算面。第一节潮汐和潮流四、设计潮位的推算推算设计高潮位的方法：（1）当有n年最高潮位观测值时，不同重现期

8、（频率）的高潮位可采用极值I型分布（耿贝尔曲线分布）计算。（2）在实测资料不足一年的海域，设计高潮位可根据临近有一年以上观测资料的验潮站资料，应用“短期同步差比法”推算设计高潮位。要求两站间地理位置相近，潮汐性质相同。第一节潮汐和潮流设计高潮位：Hsy、Hsy原有站和拟建站的设计高潮位；Rx、Ry原有站和拟建站短期同步潮位，Rx/Ry取两地每日潮差比值的平均值；Anx、Any原有站和拟建站年平均海平面；Ay拟建站短期验潮资料的月平均海平面；Ay拟建站地区还平面的月订正值第一节潮汐和潮流（3）当有短期验潮资料时，设计高潮位按近似公式计算：Hs设计高潮位；AN年平均海平面；A短期验潮资料的月平均海

9、平面；A该地区或附近的海平面月修正值；R一个月以上的短期资料平均潮差；K0.4（4）有当地平均大潮升资料时，设计高潮位计算：R半日潮和不规则半日潮验潮站用平均大潮升，日朝和不规则日朝用回归潮平均高潮高；A0与大潮升或回归潮平均高潮高同一潮高起算面起算的平均海平面。第一节潮汐和潮流一、海岸我国海岸线很长，具有不同的地貌特征。杭州湾以北，主要为堆积海岸，砂岸较多，杭州湾以南主要为海蚀海岸，岩岸较多，一般为大陆下降的结果。海岸泥沙在波浪、潮汐、海流等动力作用下运动，形成了海岸演变过程。海岸变化的三种情况：侵蚀、淤积和基本稳定；沙质海岸：海岸泥沙中值粒径大于0.05mm淤泥质海岸：泥沙中值粒径小于0.

10、05mm第二节 海岸和河口二、河口河流流入海洋、湖泊以及支流流入干流的地方成为河口。河流入海口又称为潮汐河口。在河口区，潮流溯河而上，流向江河的上游，潮流达到河流最远处称为潮流界。从潮流界以上，水位变化越向上游越不明显，到完全不受潮波影响处，称为潮区界。三角港河口：在河流含沙量较少，河口潮流较强的情况下，沿岸流把泥沙带走，形成单一的，河道渐宽、水深逐渐增大的喇叭口形河口。三角洲河口：在河流含沙量大，河口区盐淡水异重流较强，而潮流和沿岸流又较弱的情况下，不能把河流带来的泥沙带走，淤积成沙滩，逐渐淤高，同时又被冲击成许多放射状的汊道，逐渐形成扇形分汊式河口。海风及其引起的海浪，是引起海洋工程和海岸

11、工程灾害的重要因素，是跨海桥梁的主要环境荷载。一、风的形成和分级地球表面大气压力分布式不均匀的，空气和气压梯度作用下，由高压区向低压区流动，形成风。一般用风速表示风的强度，气象学上取海面以上10m高处，时距10min内的平均风速为标准值。国际上按风速大小分为13个级别。第三节 风和波浪台风：中心最大风力在12级及12级以上的风。强热带风暴：10级至11级热带风暴：89级热带低压：8级二、平均风速随高度的分布近地风的平均风速受地面摩阻力的影响，随高度的增高而增大，只有离地面300m以上风速才趋于不变。风随着高度的变化，可用对数分布或指数分布表示：vH、v10地面以上高度H和高度10M的平均风速；

12、z0风速为零的高度，空旷地区取0.3m;a海、湖、沙漠地区为0.12，乡村市郊为0.16，建筑物密集大城市为0.2。三、风的紊动特性自然风的风速是在平均风速上下波动变化的，波动过程是随机的。瞬时风速v(t)可表示为平均风速v与脉动风速v(t)两部分之和，即：v(t)=v+v(t)脉动风速的大小可用其方差谱来表示，可将脉动风速视为许多具有振幅不等、频率各异的子脉动风速组成。四、风浪风浪：在风的直接持续作用下，产生的波浪；涌浪：风停止后，海面存在的波浪或传到无风区的波浪。海浪：由风引起的波浪、涌浪以及涌浪传播到海安所引起的近岸波的总称。五：风场要素1、风速v(m/s)风速与风对水面的切应力、正压力

13、成正比，风速越大，波浪越高。2、风时t(h)同一方向的风连续作用的时间称为风时。风时越长，水体获得的能力越多，波浪越大。3、风距S（km、m）在一定风况作用下，对波浪发展有实际作用的风区内的水域长度，称为风距。六、波浪名称1、深水前进波在水深大于一般波长处的前进波，它的运动不受海底的影响，水质点运动的轨迹接近于圆形，波只集中在海面以上一个较薄的水层面。波速：波长：2、浅水前进波当水深向岸边传播，水深d小于半波长时，称为浅水前进波，其波动受海底摩阻影响，水质点的轨迹近似椭圆。波速：波长：g重力加速度；d水深；的双曲正切函数，称浅水修正因子。3、波浪的破碎和击岸波浅水前进波受到海底摩阻影响，使波陡

14、增大，若水深减小到一定程度，波形无法维持，波面倾倒破碎，称为波浪的破碎。波浪破碎后水质点仍有明显的前移，称为击岸波。波浪前进中遇到陡峻的沿岸或建筑物，全部或部分的波能被反射，称为波浪的反射；部分波绕过建筑物，继续传播到该建筑物所掩护的水域，称为波浪的绕射。七、波浪的要素波峰：波面最高点波谷：波面最低点波高H：相邻波峰与波谷的竖直距离波长L：相邻两波峰或两波谷间的水平距离周期T：波浪起伏一次所需时间，或相邻两波峰越过空间固定点所经历的时间间隔波速c：波面移动的速度波陡：波高与波长之比波峰线：通过波峰的先，与波向线垂直波向线：与波峰线正交，表示波浪传播方向前进波：在波面上形成后，向岸边传播的波浪八、波浪固定点波高的统计分析波浪在任意固定点的波高、周期等要素，都随时间再时大时小的变化着，该点波高等观测资料，构成了该点不规则波浪要素的统计系列。固定点波高变化的频率分布为雷利分布。深水频率分布函数为：雷利分布为偏态分布，离差系数Cv=0.52,偏差系数Cs=0.64,波浪的众值Hm=0.8 ，对于深水波有：对于深水波，常见的1/3等大波的平均波高可按下列公式计算：在不同H/d情况下：