海洋环境与钻采工程 第六章 海面高程变化

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1、第六章 海面高程变化第一节 概述一、海面高程变化的原因1 潮汐 （天文潮， 12-24hr ）引起水位变化2 风暴潮 （气象潮，数分钟 -数小时） 引起水位变化，动力作用。3 海啸（数分钟 - 数小时） 引起水位变化，动力作用。4 闭合海湾内的水面大周期振荡现象（假潮，数分钟 -数小时）二、海面高程变化对工程结构和工程活动的影响1 设计时考虑高程变化1 ）基地，码头，进出航道2 ）固定式平台高程3 ）工程结构的高、低水位段的防冰、防腐措施2 现场配置时考虑高程变化1 ）坐底式平台高度配置2 ）自升式平台高度配置3 ）浮式装置的定位系统平台高度配置4 ）预制模块的下水、拖航、就位作业。第二节 潮

2、汐潮汐：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，与黄道面交角5 8；白道面与黄道面交点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（

3、日、天）：平太阳两次经过观测者上中天的时间间隔（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： 24小时50分朔望月： 29.53天二、有关海面高程的概念1 基准海平面 我国以19年黄海平均海面作为高程基准面。2 理论深度基准面 即理论上潮汐可能达到的最低潮面（我国的海图基准面）3 水尺零点 某点的水位起算点，也叫潮高基准面。海面高程变化即海面围绕平均海平面的变化。三、潮汐现象1 潮汐要素 高潮、低潮；涨潮、落潮；潮高、潮差；潮时、历时。2 特征潮位 工程上常用到的特征潮位：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

4、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。四、潮汐成因1 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。

5、五 潮汐不等现象1. 日不等现象 某点处每日两次高潮，两次低潮不等，因为月球赤纬角不等于零2. 半月不等现象 地球，太阳和月球三者空间关系不同，形成塑望潮（初一和十五）和方照潮（上弦：初七八，下弦：廿二、廿三）。3. 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。4. 年不等现象 地球绕太阳椭圆轨道运转，每年中地日距离不断变化造成。第三节 风暴潮一、概念风暴潮：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。二、风暴潮分类及特征特征潮位变化急剧。 潮位变化持续缓慢 潮位变化持续缓慢。名称1. 热带风暴潮：由台风引起的风暴

6、潮2. 温带气旋风暴潮：由温带气旋引起3. 冷锋风暴潮：由冷暖气团活动引起三、风暴潮的形成及传播1 风暴潮的形成（以热带风暴潮为例）1）低压气旋形成移动的低压区，将海面吸升。2）升高的海面随台风移动，象孤立波一样传播。3）到达近海时，波高骤增，势不可挡，涌入内陆，造成破坏2 风暴潮的传播1）台风长波增水长波传播速度大于台风风速，故先出现增水现象。2）风暴潮主段水位急剧增高。3 ）余振阶段四、风暴潮的危害1. 引起海面高程急剧变化。2. 动力作用。第四节 海啸一、海啸成因、条件与现象1. 海啸成因：由海底火山喷发、海底地震或陆架地震引起海底大面积隆起或大面积塌陷， 使海水剧烈运动。2. 形成条件

7、：震源水深大于4m,强度里氏6。5级以上。3. 现象：这是一种长周期、小振幅的海洋散射波，传播速度极快，可达数百公里/小时。 在深海高速传播,无危害；到达浅水区后,波高陡增,形成波墙,水位大大上升,造成灾害。 二、著名海啸及危害第五节设计水位一、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. 设计高、低水位：指建筑物在正常使用条件下的高、低水位。2. 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. 设计高水位：从高潮位累积频率曲线查取10%累积频率对应的潮位为设计高潮位。2. 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。