海面高程变化海面高程变化的原因
40页1、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),第六章 海面高程变化,二 海面高程变化对工程结构和工程活动的影响(海面高程变化研究的意义) 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2327,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
2、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2835- 1819 ,与黄道面交角58; 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(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。,平均海平面,潮高基准面,海图基准面,大潮高潮面,大潮高潮高,大潮潮差,潮时,平均海平面、海图基准面、潮高基准面示意图,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。,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,涨潮历时,高潮高,低潮高,平潮,停潮,2 特征潮位 工程上常用到的
3、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。,fe,M,E,x,y,地月离心力,R=6371.221km,x=4650km,G,Y/X=E/M X=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,fg,fe,M,M,E,E,x,y,月球引力 (万有引力),地月离心力,R=6371.221k
4、m,x=4650km,Moon,Earth,地月离心力,万有引力,月球引潮力示意图,2 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。,月球引潮力,A,B,C,D,3 引潮力计算 1) 引潮力势 地面水质点受到引潮力的作用,将该点单位质量水质点沿地心方向移至地心处所作的功称为该点的引潮力势. 月球引潮力势: 太阳引潮力势: 月球引潮力: 太阳引潮力:,v-垂直分力,指向地心为负;h-水平分力,背向天体为负 式中:G-万有引力常数;M-月球质量;S-太阳质量;E-地球质量; -天顶距;r-地球半径;D,D-月地、日地间距。,Moon,Earth,地月离心力,万有引力,月球引潮力,A,B,C,D,2) 潮高 月球平衡潮潮高 式中:G-万有引力常数;M-月球质量;S-太阳质量;E-地球质量; -天顶距;r-地球半径;D,D-月地、日地间距。,P,M,M,N,M1,P1,A,天顶距的展开示意图,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
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