1（優選）近岸水流運動特性版ppt講解目前一頁\總數六十一頁\編于五點近岸水流(潮流、近岸波生流)垂向(沿水深)分布水中物質輸移水底剪切應力海床沖淤變化P83，圖4-1(潮流底流速度很小)懸移質推移質目前二頁\總數六十一頁\編于五點4.本章總綱4.1潮波運動簡介4.2水流速度垂向分布4.3波浪對水流垂向分布的影響4.4波浪和水流共同作用的底摩擦力目前三頁\總數六十一頁\編于五點為什么要研究潮汐運動？海岸洪水、波浪變形、航運、漁業、居住大多數海岸建筑物在高潮位時破壞引起泥沙輸移，導致岸灘和地形變化引起污染物顆粒輸移，影響環境4.1潮波運動簡介目前四頁\總數六十一頁\編于五點4.1.1基本定義潮波：晝潮夜汐，海面周期性的垂向升降運動漲潮-落潮潮汐周期：一個太陰日，兩次高潮和兩次低潮潮流：海水周期性的水平整體運動漲潮流-漲潮時向岸流動的海水落潮流-落潮時向海流動的海水海岸和河口地區的潮波一般是大洋或外海潮波傳播的結果

目前五頁\總數六十一頁\編于五點平衡潮理論潮汐動力理論4.1.2潮汐理論目前六頁\總數六十一頁\編于五點平衡潮理論(靜力理論)假定地球全部被均勻深度和密度的水體所覆蓋海水是無粘流體，摩阻力可以忽略，沒有慣性，因此在重力和引潮力的作用下、在任何時刻均能保持平衡狀態4.1.2潮汐理論目前七頁\總數六十一頁\編于五點平衡潮理論(靜力理論)假定地球全部被均勻深度和密度的水體所覆蓋海水是無粘流體，摩阻力可以忽略，沒有慣性，因此在重力和引潮力的作用下、在任何時刻均能保持平衡狀態4.1.2潮汐理論目前八頁\總數六十一頁\編于五點4.1.2潮汐理論天體引力有差別：地球上不同海域距離太陽和月球的相對位置不同慣性離心力：地-月、地-日轉動系統繞其共同質心運動時產生的引潮力=天體引力+慣性離心力平衡潮理論-引潮力目前九頁\總數六十一頁\編于五點4.1.2潮汐理論平衡潮理論-月球的引潮力目前十頁\總數六十一頁\編于五點徑向分量對潮汐作用很小(只引起水位升降，不主導潮波運動)水平分量雖小，但垂直于重力方向，會引起水體的切向運動

單位質量水質點引潮力垂向分力最大值與重力之比：目前十一頁\總數六十一頁\編于五點可以解釋半日潮、全日潮、潮汐的基本成因4.1.2潮汐理論平衡潮理論的優點目前十二頁\總數六十一頁\編于五點大潮和小潮大潮：某地一個月中潮差最大的日子，一般發生在朔(農歷初一，也稱新月)和望(農歷十五、也稱滿月)日之后約1—2天小潮：某地一個月中潮差最小的日子，通常出現在上弦(初七、初八)和下弦(廿二、廿三)后約1—2天濤之起也，隨月興衰(Why？)目前十三頁\總數六十一頁\編于五點濤之起也，隨月興衰目前十四頁\總數六十一頁\編于五點實際潮汐與平衡潮嚴重不符：(1)地球表面水體運動必須滿足水動力方程。這表明潮汐應以長波形式傳播。受邊界和地形的影響，潮波會發生反射，共振等，導致潮差增大；海床摩阻使潮差減小；不同的地形和岸線形態將使潮差增大或減小(2)(人是地行仙，日行八萬里)在赤道上，地球表面相對月球的線速度為449m/s。如平衡潮與月球在地球表面上的移動軌跡同步，其傳播速度需達449m/s，由此得海洋深度需大于20Km(c=sqrt(gh))。但實際海洋深度遠小于20Km。因此實際潮汐相對于平衡潮會有延遲現象(3)水體運動還受到地球自轉柯氏力的影響。在北半球，柯氏力使潮流向右偏轉，而在南半球，則使潮流向左偏轉4.1.2潮汐理論平衡潮理論的缺陷目前十五頁\總數六十一頁\編于五點以水動力學方程為基礎，研究周期性引力作用下的強迫潮波的運動規律，方程中考慮水深、地形、岸線、科氏力、慣性力、摩擦力等對潮波的影響潮汐動力理論4.1.2潮汐理論目前十六頁\總數六十一頁\編于五點水平壓力梯度項靜壓平衡方程4.1.2潮波控制方程假定：水平二維流(合理否？)，不考慮摩阻力水深10m時，潮波波長442km，遠大于水深(淺水長波)潮波振幅一般不超過幾米So，一個周期T內，水平方向的運動距離遠大于垂向的運動距離(i.e.垂向速度w遠小于水平速度u，v)目前十七頁\總數六十一頁\編于五點4.1.2

運動方程簡化的強迫潮波運動方程對流加速度當地加速度

柯氏力

引潮力壓力梯度力(水面坡降力)強迫潮波運動方程式,沒有考慮摩阻力，水平速度u、v在無摩阻長波運動中可認為不隨深度而變

(4-9)-3個未知量u，v，η，兩個方程？目前十八頁\總數六十一頁\編于五點4.1.2

連續方程P87，圖4-4，質量守恒即體積守恒(Why？)單位時間內流入水柱體的流體體積(x，y兩個方向)，等于該水柱在單位時間內水位升高引起的流體體積增加潮波連續方程目前十九頁\總數六十一頁\編于五點強迫潮波運動控制方程三個未知量(u、v、η)，三個方程地理緯度北半球為正，南半球為負目前二十頁\總數六十一頁\編于五點請記下待做的習題習題4.1注明班級、學號、姓名下周四課前，各班學習委員收齊后上交目前二十一頁\總數六十一頁\編于五點4.1.3潮波特性類似風浪和涌浪之區分：深水中為強迫潮波，引潮力不可忽略；淺水中為自由潮波，不受引潮力的影響(Why)目前二十二頁\總數六十一頁\編于五點淺海潮波運動方程不考慮引潮力、摩阻力、科氏力，湍流渦粘力潮波沿x向傳播(v=0)海底水平(h=常數)小振幅波動(忽略非線性項)目前二十三頁\總數六十一頁\編于五點著名的波動方程淺海潮波即線性淺水長波h/L<0.05

有何不同？目前二十四頁\總數六十一頁\編于五點1.潮汐調和分析調和分析：根據實測潮位數據確定各分潮(潮波的組成波)的振幅An和遲角Gn(最小二乘法擬合，P89圖4-6，詳見工程水文學)線性-只考慮月球-太陽-地球引潮力實際潮波是非線性的-天體+淺水+氣象A0-平均海面高程An-分潮振幅Vn-分潮天文相位角(可查表)Gn-分潮遲角(海底摩擦、海水慣性等引起的高潮時滯后于月中天時刻的相位角)r-非天文因素引起的非周期性水位變化(可查表)目前二十五頁\總數六十一頁\編于五點2、地轉對自由潮波影響考慮前提：寬闊的海灣(邊界限制沒有或很少)地轉效應及相應的自由潮波方程前進波在無限長平底渠道中傳播方向相反的凱爾文波疊加地轉對潮流場的影響目前二十六頁\總數六十一頁\編于五點地轉自轉目前二十七頁\總數六十一頁\編于五點4.4.1地轉效應(科氏力)男主角-火車-女主角地轉效應水流由低緯度向高緯度移動，原較高速率“慣性”使得水流偏向自轉方向水流由高緯度向低緯度移動，原較低速率的“慣性”使得水流偏向地球自轉的反向北半球即偏向運動方向的右側，南半球則偏向左側目前二十八頁\總數六十一頁\編于五點現實生活中的科氏力？NotaManifestationoftheCoriolisEffect！

ToosmallscalefortheCoriolisEffecttobesignificant目前二十九頁\總數六十一頁\編于五點考慮地轉效應的自由潮波方程忽略引潮力和底摩阻+(1)(2)(3)目前三十頁\總數六十一頁\編于五點考慮前進波在無限長平底渠道中傳播時的情況，x軸取在渠道中心線上。在無限長渠道中水質點主要在x方向運動，y方向速度v很小，可取v≈0。凱爾文波為前進波類型，潮位和流速相位相同考慮北半球的情況，這時fc＞0，潮波沿x方向傳播，按潮波方向來定義渠道左右岸2、無限長平底渠道(凱爾文波)目前三十一頁\總數六十一頁\編于五點潮波主要沿x向傳播，v≈0海底水平(h=常數)小振幅波動(忽略非線性項)(2)(3)(1)2、無限長平底渠道(凱爾文波)目前三十二頁\總數六十一頁\編于五點2、無限長平底渠道(凱爾文波)目前三十三頁\總數六十一頁\編于五點高潮位(潮波波峰，u為正，水流沿正x方向運動)高潮位右岸高左岸低，側向水面坡降力平衡了科氏力指向y軸負向(右岸)y=-b/2為右岸2、無限長平底渠道(凱爾文波)目前三十四頁\總數六十一頁\編于五點2、無限長平底渠道(凱爾文波)低潮位(潮波波谷，u為負，水流沿負x方向運動)低潮位右岸低左岸高，側向水面坡降力平衡了科氏力指向y軸正向(左岸)y=-b/2為右岸目前三十五頁\總數六十一頁\編于五點右岸潮差要大于左岸潮差柯氏力對潮波的影響：在北半球，柯氏力促使潮波向其運動方向的右側偏移，因此在右邊(相對于潮波流向)水位升高，從而形成沿河寬方向的壓力梯度，來平衡柯氏力

高潮位右岸高左岸低(y=-b/2為右岸)低潮位右岸低左岸高(y=-b/2為右岸)目前三十六頁\總數六十一頁\編于五點3、兩反向凱爾文波的疊加無潮點(節點)等振幅線同潮時線目前三十七頁\總數六十一頁\編于五點4、地轉對潮流的影響地轉將使得潮流的周期性水平往復運動帶有旋轉的特性潮流橢圓如果沒有邊界限制，寬闊海區的潮流并不是簡單的來回運動，而是具有旋轉的特性。如在海上某點連續觀測潮流的流速及方向，以該點為原點繪制逐時觀測的潮流矢量，則潮流方向在一個潮周期內旋轉一周，矢量端點的聯線近似橢圓(潮流橢圓)

在北半球，旋轉式潮流一般沿順時針方向轉動目前三十八頁\總數六十一頁\編于五點請記下待做的習題習題4.5注明班級、學號、姓名下周四課前，各班學習委員收齊后上交目前三十九頁\總數六十一頁\編于五點4、天然河口潮波運動特征復雜多變的開放動力體系河口是內陸河流和海岸的連接區域，屬于海岸帶的一部分。河口在向陸邊界受河流徑流影響，在出口則受到潮波的影響潮波在河口傳播過程中會因為海底地形、河口平面形態、徑流、底摩阻和地轉等因素而發生變形潮流是河口區域泥沙運動、岸灘演變和鹽淡水摻混的主要動力因子目前四十頁\總數六十一頁\編于五點（1）潮波在大陸架上的傳播大陸架潮流和淺水自由潮波一樣，也會受地轉力、底摩阻、海岸邊界的影響，形成旋轉潮流系統、振幅和波速減小、港灣共振等現象目前四十一頁\總數六十一頁\編于五點（1）潮波在大陸架上的傳播平均深度200m平均深度4km波向的變化-折射效應水深減小→波速減小→波浪折射→波峰趨于平行于等深線，假定大陸架沿岸方向無限長，折射定律可表示為：即使潮波深水平行大陸架邊緣入射(α0=90°)，大陸架上的潮波波向角αi≈13°(基本平行于等深線)目前四十二頁\總數六十一頁\編于五點（1）潮波在大陸架上的傳播反射40%反射回大洋透射波高的變化-能量守恒目前四十三頁\總數六十一頁\編于五點（1）潮波在大陸架上的傳播示例大洋中水深h0=4000m，潮差H0=2m，大陸架hi=200m，若大洋潮波的方向平行于大陸架邊緣(入射角為90°)，求大陸架上的潮波方向、潮差和流速解：波向：arcsin(1/4.47)*180/pi=12.93潮差：1.64*2=3.28m；放大1.64倍流速：,放大7倍多大洋潮波流速:流速的放大因子大于潮差的放大因子目前四十四頁\總數六十一頁\編于五點（2）天然河口潮波變形

影響因素水深(減小)河口平面形態底摩阻淺灘和河口端部的反射或全反射河流徑流其它：鹽淡水混合；科氏力目前四十五頁\總數六十一頁\編于五點波動類型的變化主要影響因素：河口平面形態、水深、淺灘和河口端部反射外海潮波：簡單前進波，高、低潮位時潮流速度達到最大值，在中潮位(平均水面)流速為零河口潮波：介于前進波和駐波之間。前進潮波遇到淺灘、河岸、河口頂端會發生反射。若河寬向上游迅速變小、水深急劇變小的河口，反射強烈，河口潮波接近駐波，此時，高低潮位時潮流速度為零，在中潮位流速最大外海潮波河口潮波目前四十六頁\總數六十一頁\編于五點波面形態的變化主要影響因素：水深、河流徑流波形：水深變淺，波峰(高潮位)的傳播速度要大于波谷(低潮位)，潮波前坡變陡、后坡變坦(潮位上升快、回落慢)流速：漲潮流速大于落潮流速，使漲潮歷時縮短，落潮歷時延長；徑流向海凈流動，與潮波疊加，使落潮歷時延長潮波變形在潮差相對于水深較大的強潮河口更為顯著。在某些河口，受水深沿程快速減小和逆向徑流影響，潮波變形形成了幾乎直立的波前，波前就象一個翻滾的水墻向上游傳播，河口漲潮初期的潮位急劇上升，這種現象稱之為涌潮目前四十七頁\總數六十一頁\編于五點(3) 潮差(潮波的波高)的變化水深變淺→波高增大河口斷面向陸方向收縮(喇叭效應→能量匯聚→潮差沿程增大)淺灘及河口邊界反射(形成駐波→潮差沿程增大→共振)底摩阻(能量損失→潮差按指數規律沿程減小)目前四十八頁\總數六十一頁\編于五點滔天濁浪排空來,翻江倒海山為摧目前四十九頁\總數六十一頁\編于五點錢塘潮的生成原因之一典型的喇叭形河口目前五十頁\總數六十一頁\編于五點錢塘涌潮的生成原因之二河流徑流流速與潮波速度比：錢塘江徑流與入射潮波的速度相近，勢均力敵，有利于涌潮的產生河口所處位置：杭州灣在東海的西岸，太平洋的潮波由東北進入東海之后，在南下的過程中，受到科氏力的作用，向右偏移，使東海的西岸潮差大于東岸目前五十一頁\總數六十一頁\編于五點請記下待做的習題習題4.2、4.3注明班級、學號、姓名下周四課前，各班學習委員收齊后上交目前五十二頁\總數六十一頁\編于五點4.2水流速度垂向分布對數分布邊界層水力光滑流邊界層水力粗糙流指數分布△-床面粗糙高度，2.5D(均勻無沙紋海床)或4η(沙紋床面)κ-為Karmanconstant(卡門常數)，清水均勻流=0.4，挾沙水流(渾水)則非常數hzxo表層中層內層目前五十三頁\總數六十一頁\編于五點水流→單向運動→水底邊界層充分發展→邊界層很厚(甚至可達全水深)波浪→周期性往復流動(半周期一變向)→水