（优选）近岸水流运动特性版ppt 讲解
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
悬移质
推移质
海床冲淤变化
P83， 图4-1(潮流底流速度很小)
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
潮波连续方程
u h v h 0
t
x
y
强迫潮波运动控制方程
t
u
h
x
v
h
y
0
u
u
u
v
u
2v sin
g
t x y x
x
地理纬度
v
u
v
v
v
2u
sin
g
t x y y
y
北半球为正，南半球为负
三个未知量(u、v、η)，三个方程
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
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
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论 潮汐动力理论
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论(静力理论)假定 ①地球全部被均匀深度和密度的水体所覆盖
②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
地-月
KE r2
1 9000000
① 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) ② 水平分量虽小，但垂直于重力方向，会引起水体的切向运动
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论的优点
可以解释半日潮、全日潮、潮汐的基本成因
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1— 2天
柯氏力
Ω = -gη η为平衡潮潮高
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
4.1.2 连续方程
P87，图4-4，质量守恒即体积守恒(Why？)
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
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)
u u u v u 2v sin g
t x y x
x
v u v v v 2u sin g
t x y y
y
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)
③引 潮 力 = 天 体 引 力 + 惯性离心力
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论-月球的引潮力
rrr F PN
FV
PV
NV
K
M R月2
cos
K
M cos
D2 地-月
FH
PH
NH
K
M R月2
sin
K
M D2
地-月
sin
单位质量水质点引潮力垂向分力最大值与重力之比：
FV max Fg
2KMr D3
(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
潮汐动力理论
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
4-2-牛顿第二定律F = ma
+
连续方程
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)
4 - 2中第三式
4 - 2
p pa g( z)
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论(静力理论)假定 ①地球全部被均匀深度和密度的水体所覆盖
②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
平衡潮理论-引潮力
①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
②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
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
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1—2天
涛之起也，随月兴衰(Why？)
涛之起也，随月兴衰
F月-Vmax F日-Vmax
M D3
地-月
： D地S3 -日
=
M S
:
D地-日 D地-月
3
2.17
4.1.2 潮汐理论
平衡潮理论的缺陷
t
u
h
x
v
h
y
0
u
t
u
u x
v
u y
x
2v
sin
g
x
v
t
u
v x
v
v y
4 - 7
静压平衡方程
水平压力梯度项
1 p
g
y
y
1 p g x x
4.1.2 运动方程
简化的强迫潮波运动方程 (4-9)-3个未知量u，v，η，两个方程？
u t
u
u x
v
u y
x
2v sin
g
x
v
u
v
v
v
2u sin
g
t x y
y
y
当地加速度 对流加速度
引潮力
4.1潮波运动简介
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
4.1.1 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