第六章水文_海浪.

《第六章水文_海浪.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章水文_海浪.（114页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、Southeast University SEU1工程水文学工程水文学东南大学交通学院港航工程系谢逸仙联系电话：13705150516E_Mail ：网址 ：http:/ University SEU2第六章 海浪 第一节 海浪要素和分类第二节 风况基础知识第三节 海浪观测第四节 海浪要素统计规律第五节 海浪谱基础知识第六节 根据海浪观测推算设计波浪第七节 根据气象资料推算风浪尺度第八节 波浪浅水变形Southeast University SEU3 l Southeast University SEU4 l Southeast University SEU5 l渤海的面积大约有7.8万平方公

2、里 黄海面积约为40万平方公里 东海面积约为77万平方公里 南海面积330万平方公里 l渤海与黄海的分界线-辽东半岛南端老铁山角经庙日群岛至山东半岛北端篷莱角的连线 l黄海与东海的分界线-长江口北角至济州岛西南角的连线 l东海与南海的分界线-广东南澳岛与台湾岛南端的鹅銮鼻连线Southeast University SEU6 l Southeast University SEU7 l Southeast University SEU8 l Southeast University SEU9 l Southeast University SEU10 l海洋中的波浪是海水运动形式之一，它的产生是外

3、力、重力与海水表面张力共同作用的结果。l引起海水波动的外力因素很多，如风、大气压力的变化、天体的引潮力、海底地震以及人为引起的船体运动等。由这些因素引起的海水波动，其周期可在极宽的范围内变化，如潮波的周期为半天至1天，海啸的周期为几十分钟，风浪的周期为几秒钟，而海水表面张力波的周期则不足1s。l本章将主要论述由风引起的重力波，它是风浪、涌浪和近岸波浪的总称。l风浪主要是指在风直接作用下产生的波浪；涌浪指风停止、转向或离开风区传播至无风水域的波浪；涌浪传播到浅水区，由于受到水深和地形变化的影响，发生变形，出现波浪的折射、绕射和破碎而形成近岸波浪。 第一节 海浪要素和分类 Southeast Un

4、iversity SEU11 l 一、风浪的生成、发展和衰减的机理l1、风浪形成理论l粘性力作用l根据流体力学的观点，空气和海水两种不同介质流体互相接触并发生相对运动时，则在其分界面上，由于两者相互作用，就会形成界面波。以空气运动（风）为主，主要是风作用于海水表面时，界面波就是风浪。l风浪成长的机理是把风对水面的作用力分为两个分力：风与水面问的切应力和风作用在波浪迎风面上的法向正压力N Southeast University SEU12 l Southeast University SEU13 l l风与水面间的切应力与风速U成正比，因为水质点主要在原地作振荡运动，波速是位相速度，故与波速C

5、无关。风作用在波浪迎风面上的法向正压力N使波浪的迎风面和背风面形成压力差（无风时波面两侧压力均等），故其大小与风速U和波速C之差（UC）成正比。l换言之，风通过与水质点之间的摩擦力及波浪迎风面和背风面的压力差对水质点作功，将风的能量传给海水而构成风浪成长的动力。 Southeast University SEU14 l起风初期，海面上波浪很小，即在风速U大于波速C的整个期间，由于切应力和正压力N两种力的同时作用，风将能量不断传给水体，使波浪不断发展，波高和波长不断增大。l随着波浪尺度的增长，波速C也相应加大，致使水体内由于摩擦而消耗的能量也不断加大。当波速接近风速时，风仅在切应力的作用下继续将

6、能量传给水体，已不通过正压力传给海水以能量，而当CU时，空气将阻碍波形前进，反而要消耗波浪的能量。l故总的输入能量是随波速的逐步加大而逐渐减小的。当能量的输入等于能量的消耗时，波浪则不再发展而趋于稳定，形成在某风速条件下所能形成的最大波浪。 Southeast University SEU15 l l风停止后，海水无新能量输入，一部分波能向四周传播扩散，另一部分波能不断消耗于水体内部的分子粘滞性和紊动粘滞性影响。此外，空气阻力、海底摩擦和渗透也消耗波浪的部分能量，促使波浪逐渐衰减，直至最后消亡。 Southeast University SEU16 l风浪成长过程的这种解释是比较粗略的，例如，

7、风对水面的切应力与风速U的关系在开始阶段（水面保持平静时）和风浪产生后（水面为波动时）并不相同，同样，正压力N与风速波速的关系（U-C）在不同波浪尺度时也有变化。此外，这种解释完全忽略了波动水体对气流的反作用等，但由于这种解释较为简便，目前仍被广泛应用。l总之，波浪的生成、发展和衰减取决于水体能量的摄取和消耗之间的数量关系，当能量输入大于支出时，风浪将成长发展；反之，波浪将趋于衰减直至消亡。 Southeast University SEU17 l 2、风场三要素l风浪的成长与发展过程与下列三主要因素有关：风速U，以米秒（ms）计；风作用于水面的持续时间t，简称风时，单位以小时（h）计；风作用

8、海域水面主要范围，风区长度F，简称风距，单位以公里（km）或米（m）计。l风浪成长与传播过程中还同海域的地形、水深条件和海流影响等有关，使风浪场更加错综复杂。但是，最关键的是前三者，故将风速、风时和风距（风距F指风的吹程）称为风场三要素。Southeast University SEU18 l 二、海浪要素 l虽然海浪的剖面形状复杂，但人们常把它理想化为如图6-1所示的规则剖面，并以各种波浪要素来表征其特性。Southeast University SEU19 各波浪要素的定义如下：l波峰：波浪剖面高出静水面的部份，其最高点称为波峰顶。l波谷：波浪剖面低于静水面的部份，其最低点称为波谷底。l波

9、峰线：垂直波浪传播方向上各波峰顶的连线。l波向线：与波峰线正交的线，即波浪传播方向。l波高：相邻波峰顶和波谷底之间的垂直距离，通常以H表示，单位以米（m）计。在我国台湾海峡曾记录到波高达15m的巨浪。 Southeast University SEU20 l 波长：两相邻波峰顶（或波谷底）之间的水平距离，通常以L表示，单位以米（m）计。海浪的波长可达上百米，而潮波的波长则可达数公里。l周期：波浪起伏一次所需的时间，或相邻两波峰顶通过空间固定点所经历的时间间隔，通常以T表示，单位以秒（s）计。在我国沿海波浪周期一般为48s，曾记录到周期为20s的长浪。l波陡：波高与波长之比，通常以表示，即=HL

10、。海洋上常见的波陡范围在110130之间。波陡的倒数称为波坦。l波速：波形移动的速度，通常以C表示，它等于波长除以周期，即C=LT，单位以米秒（ms）计。 Southeast University SEU21 三、海浪分类海浪可以按各种不同的标准进行分类：l1、强制波、自由波和混合浪l强制波指引起波浪的扰动力连续作用于水面，波动性质依赖于扰动力性质的波动。在风直接作用下产生的风浪就是一种强制波，“其外形相对于垂直轴是不对称的，见图6-2，波浪的背风面较迎风面为陡。Southeast University SEU22 l 自由波指扰动力消失后在重力作用下继续传播的波浪，其性质已不完全依赖于原有的

11、扰动力。如风停止后海面上继续存在的波浪或离开风区传播至无风水域上的涌浪就是一种自由波。涌浪的外形比较规则，波面光滑。l海面上还经常遇到风浪与风区外传播来的涌浪相迭加而成的波浪，称为混合浪。Southeast University SEU23 l 2、毛细波、重力波和长周期波l按使海水水质点在运动过程中恢复到平衡位置的复原力的性质对波浪进行分类。复原力以表面张力为主时称为毛细波或表面张力波，如海面上刚起风，或风力很小时海面上出现的微小皱曲的涟波就是毛细波，其周期常小于1s。当波浪尺度较大时，水质点恢复平衡位置的力主要是重力，这种波浪称为重力波，如风浪、涌浪、地震波以及船行波等。l长周期波主要指日