第4章-近岸水流运动特性(4版).ppt

第四章近岸水流运动特性1.近岸水流(潮流、近岸波生流)垂向(沿水深)分布水中物质输移水底剪切应力海床冲淤变化P83，图4-1(潮流底流速度很小)悬移质推移质2.4.本章总纲4.1 潮波运动简介4.2 水流速度垂向分布4.3 波浪对水流垂向分布的影响4.4 波浪和水流共同作用的底摩擦力3.为什么要研究潮汐运动？海岸洪水、波浪变形、航运、渔业、居住大多数海岸建筑物在高潮位时破坏引起泥沙输移，导致岸滩和地形变化引起污染物颗粒输移，影响环境4.1潮波运动简介4.4.1.1 基本定义潮波：昼潮夜汐，海面周期性的垂向升降运动涨潮-落潮潮汐周期：一个太阴日，两次高潮和两次低潮潮流：海水周期性的水平整体运动涨潮流-涨潮时向岸流动的海水落潮流-落潮时向海流动的海水海岸和河口地区的潮波一般是大洋或外海潮波传播的结果 5.平衡潮理论潮汐动力理论4.1.2 潮汐理论6.平衡潮理论平衡潮理论(静力理论静力理论)假定假定地球全部被均匀深度和密度的水体所覆盖海水是无粘流体，摩阻力可以忽略，没有惯性，因此在重力和引潮力的作用下、在任何时刻均能保持平衡状态4.1.2 潮汐理论7.平衡潮理论平衡潮理论(静力理论静力理论)假定假定地球全部被均匀深度和密度的水体所覆盖海水是无粘流体，摩阻力可以忽略，没有惯性，因此在重力和引潮力的作用下、在任何时刻均能保持平衡状态4.1.2 潮汐理论8.4.1.2 潮汐理论天体引力有差别：地球上不同海域距离太阳和月球的相对位置不同惯性离心力：地-月、地-日转动系统绕其共同质心运动时产生的引潮力=天体引力+惯性离心力平衡潮理论平衡潮理论-引潮力引潮力9.4.1.2 潮汐理论平衡潮理论平衡潮理论-月球的引潮力月球的引潮力10.径向分量对潮汐作用很小(只引起水位升降，不主导潮波运动)水平分量虽小，但垂直于重力方向，会引起水体的切向运动 单位质量水质点引潮力垂向分力最大值与重力之比：11.可以解释半日潮、全日潮、潮汐的基本成因4.1.2 潮汐理论平衡潮理论的优点平衡潮理论的优点12.大潮和小潮大潮：某地一个月中潮差最大的日子，一般发生在朔(农历初一，也称新月)和望(农历十五、也称满月)日之后约12天小潮：某地一个月中潮差最小的日子，通常出现在上弦(初七、初八)和下弦(廿二、廿三)后约12天涛之起也，随月兴衰(Why？)13.涛之起也，随月兴衰14.实际潮汐与平衡潮严重不符：(1)地球表面水体运动必须满足水动力方程。这表明潮汐应以长波形式传播。受边界和地形的影响，潮波会发生反射，共振等，导致潮差增大；海床摩阻使潮差减小；不同的地形和岸线形态将使潮差增大或减小(2)(人是地行仙，日行八万里)在赤道上，地球表面相对月球的线速度为449m/s。如平衡潮与月球在地球表面上的移动轨迹同步，其传 播 速 度 需 达 449m/s，由 此 得 海 洋 深 度 需 大 于20Km(c=sqrt(gh)。但实际海洋深度远小于20Km。因此实际潮汐相对于平衡潮会有延迟现象(3)水体运动还受到地球自转柯氏力的影响。在北半球，柯氏力使潮流向右偏转，而在南半球，则使潮流向左偏转 4.1.2 潮汐理论平衡潮理论的缺陷平衡潮理论的缺陷15.以水动力学方程为基础，研究周期性引力作用下的强迫潮波的运动规律，方程中考虑水深、地形、岸线、科氏力、惯性力、摩擦力等对潮波的影响潮汐动力理论潮汐动力理论4.1.2 潮汐理论16.水平压力梯度项静压平衡方程4.1.2 潮波控制方程假定：水平二维流(合理否？)，不考虑摩阻力水深10m时，潮波波长442km，远大于水深(浅水长波)潮波振幅一般不超过几米So，一个周期T内，水平方向的运动距离远大于垂向的运动距离(i.e.垂向速度w远小于水平速度u，v)17.4.1.2 运动方程简化的强迫潮波运动方程对流加速度 当地加速度 柯氏力 引潮力 压力梯度力(水面坡降力)强迫潮波运动方程式,没有考虑摩阻力，水平速度u、v在无摩阻长波运动中可认为不随深度而变(4-9)-3个未知量u，v，两个方程？18.4.1.2 连续方程P87，图4-4，质量守恒即体积守恒(Why？)l单位时间内流入水柱体的流体体积(x，y两个方向)，等于该水柱在单位时间内水位升高引起的流体体积增加潮波连续方程19.强迫潮波运动控制方程三个未知量(u、v、)，三个方程地理纬度北半球为正，南半球为负20.请记下待做的习题习题4.1注明班级、学号、姓名下周四课前，各班学习委员收齐后上交21.4.1.3 潮波特性类似风浪和涌浪之区分：深水中为强迫潮波，引潮力不可忽略；浅水中为自由潮波，不受引潮力的影响(Why)22.浅海潮波运动方程不考虑引潮力、摩阻力、科氏力，湍流涡粘力潮波沿x向传播(v=0)海底水平(h=常数)小振幅波动(忽略非线性项)23.著名的波动方程浅海潮波即线性浅水长波h/Lz0，书上结论错(3)P101公式(谢才系数C的单位为m1/2/s)注明班级、学号、姓名下周四课前，各班学习委员收齐后上交62.