海洋工程环境学01

海洋与土木工程学院1单击此处编辑母版文本样式EnvironmentalMechanicsofOceanEngineering海洋工程环境学海洋与土木工程学院2单击此处编辑母版文本样式波浪是海洋中最常见的现象之一，是船舶和海洋工程最重要的环境动力因素。引起海洋波动的原因很多，诸如风、大气压力变化、天体的引潮力、海洋中不同水层的密度差和海底的地震等。1.3海洋波动海洋与土木工程学院3单击此处编辑母版文本样式Internalwaves海洋与土木工程学院4单击此处编辑母版文本样式表面张力波:其波长小于1.7cm，最大波高为1至2mm重力波:周期1～30s的波浪，其主要干扰力是风，重力是它的恢复力。长周期波:风暴潮；海啸。潮波:其周期最长。1.3.1分类-所受干扰力和周期海洋与土木工程学院5单击此处编辑母版文本样式1.3.1分类-所受干扰力和周期海洋与土木工程学院6单击此处编辑母版文本样式Wavedevelopment海洋与土木工程学院7单击此处编辑母版文本样式7重力波涌浪是在风停以后或风速风向突然变化，在原来的海区内剩余的波浪，还有从别的海区传来的海浪。涌浪的外形圆滑规则，排列整齐，周期比较长；风浪和涌浪传到海岸边的浅水地区变成近岸浪。在水深是波长的一半时，海浪发生触底，波谷展宽变平，波峰发生倒卷破碎。风浪是在风直接作用下生成的海水波动现象。风越大，浪越高，波浪的高度差不多和风的速度成正比，但风浪瞬息万变，波面粗糙，周期比较短；涌浪近岸浪风浪海洋与土木工程学院8单击此处编辑母版文本样式LifeHistoryofOceanWaves海洋与土木工程学院9单击此处编辑母版文本样式9波浪的种类－风浪海洋与土木工程学院10单击此处编辑母版文本样式10波浪的种类－涌浪海洋与土木工程学院11单击此处编辑母版文本样式11波浪的种类－近岸浪海洋与土木工程学院12单击此处编辑母版文本样式规则波:离开风区后自由传播时的涌浪接近于规则波。不规则波:大洋中的风浪。1.3.2分类-按照波浪形态海洋与土木工程学院13单击此处编辑母版文本样式规则波模拟结果0102030405060708090100110120-0.50.00.5实际波面过程线理论波面过程线A（cm）t（s）海洋与土木工程学院14单击此处编辑母版文本样式海洋与土木工程学院15单击此处编辑母版文本样式海洋与土木工程学院16单击此处编辑母版文本样式深水波:h/L≥0.5有限水深波0.5＞h/L＞0.05。浅水波h/L≤0.05其中h为水深，L为波长,1.3.3分类-按波浪传播海域水深海洋与土木工程学院17单击此处编辑母版文本样式17快慢波浪水分子的运动海洋与土木工程学院18单击此处编辑母版文本样式波浪的运动•海水表面做上下运动，在深水（大于一半波长）中水分子是做圆周运动；•在浅水中水分子其运动轨迹为椭圆形。海洋与土木工程学院19单击此处编辑母版文本样式Pag定义老师，机械装置是实物构件的组合，各部分有确定的相对运动，借此，能量和动量相互转换，就像螺丝钉和螺帽，或者杠杆围绕支点转动，还有滑轮的枢纽，之类的。尤其是构造，多少有点复杂。包括活动部件的组成，或者简单的机械零件，比如滚轮，杠杆，凸轮等等海洋与土木工程学院20单击此处编辑母版文本样式Page20记录，分析，总结，整理的工具，讨论并解释知识，有图片的，没图片的，硬皮的，软装订的，有护封的，没护封的，有前言，简介，目录，索引，用于人类大脑的启示，理解，改进，加强和教育，通过视觉实现，有时也用触觉海洋与土木工程学院21单击此处编辑母版文本样式振荡波(推进波,立波)推移波1.3.4分类-按波浪运动形态海洋与土木工程学院22单击此处编辑母版文本样式LongitudinalWavesInalongitudinalwavetheparticledisplacementisparalleltothedirectionofwavepropagation.Theanimationbelowshowsaone-dimensionallongitudinalplanewavepropagatingdownatube.Theparticlesdonotmovedownthetubewiththewave;theysimplyoscillatebackandforthabouttheirindividualequilibriumpositions.Pickasingleparticleandwatchitsmotion.Thewaveisseenasthemotionofthecompressedregion(ie,itisapressurewave),whichmovesfromlefttoright.海洋与土木工程学院23单击此处编辑母版文本样式TransverseWavesInatransversewavetheparticledisplacementisperpendiculartothedirectionofwavepropagation.Theanimationbelowshowsaone-dimensionaltransverseplanewavepropagatingfromlefttoright.Theparticlesdonotmovealongwiththewave;theysimplyoscillateupanddownabouttheirindividualequilibriumpositionsasthewavepassesby.Pickasingleparticleandwatchitsmotion.海洋与土木工程学院24单击此处编辑母版文本样式WaterWavesWaterwavesareanexampleofwavesthatinvolveacombinationofbothlongitudinalandtransversemotions.Asawavetravelsthroughthewaver,theparticlestravelinclockwisecircles.Theradiusofthecirclesdecreasesasthedepthintothewaterincreases.Themoviebelowshowsawaterwavetravellingfromlefttorightinaregionwherethedepthofthewaterisgreaterthanthewavelengthofthewaves.Ihaveidentifiedtwoparticlesinbluetoshowthateachparticleindeedtravelsinaclockwisecircleasthewavepasses.海洋与土木工程学院25单击此处编辑母版文本样式破碎波，未破碎波和破后波此外根据波浪运动的运动学和动力学处理方法，还可以把波浪分为微小振幅波(线性波)和有限振幅波(非线性波)两大类。。1.3.5分类-按波浪破碎与否海洋与土木工程学院26单击此处编辑母版文本样式海洋与土木工程学院27单击此处编辑母版文本样式ShallowWaves–Surf/breakersIndeepwaters,onlywavelengthandgravityaffectawavesspeed(celerity).Asthewaveapproachesshallowwater,orwaterthatishalfthewavelengthorlessdeep,theoceanfloorbeginstoaffectthewave'sshapeandspeed(celerity).Waveheightincreases,andthecrestsbecomemorepeaked.Asthesteepnessincreases,thewavebecomesunstable.Theforwardspeedofthecrestbecomesfasterthanthespeedofthewave,andthewavebreaks.So,becausedeepwaterceleritydependsonwavelength,longerwavestravelfasterthanshorterwaves.海洋与土木工程学院28单击此处编辑母版文本样式海洋与土木工程学院29单击此处编辑母版文本样式1.3.6波浪基本参数海洋与土木工程学院30单击此处编辑母版文本样式海洋与土木工程学院31单击此处编辑母版文本样式1.4随机波浪理论海洋与土木工程学院32单击此处编辑母版文本样式自然界，海面上的波浪都是高低长短、瞬息万变的。初观之下，似乎无规律可循，但是经过仔细分析和统计大量观测资料后，人们发现海浪是一随机现象，具有统计规律，可以利用概率统计理论进行研究。利用概率统计理论研究海浪现象的理论称为随机波浪理论。1.4随机波浪理论海洋与土木工程学院33单击此处编辑母版文本样式一般来说，某一随机过程中的一个样本是不能代表随机过程的总体的，但如果把海浪看作是一个平稳随机过程，并且具有各态历经性，在这种情况下是可以代表的。海浪的复杂性和随机性海浪难以观测，是否可以利用单个测点或少数几个测点来分析海浪的总体统计特性？定点观测海面波动时间过程：波动是不规则的，且是随机量，采用确定的函数描述是困难的。1.4.1波浪的随机特征海洋与土木工程学院34单击此处编辑母版文本样式海浪波面变化是平稳随机过程，它的特点是过程的统计特征(平均振幅，方差等)不随时间坐标原点的推移而变化，即某时刻t的统计特征与时刻(t+τ)相吻合。此外，在一般情况下，海浪作为一个随机过程具有各态历经性，由于各态历经性，过程中每一个变量的期望值，与其沿时间的平均值相等，即一个充分长时段的现实能代替同一时段现实的总体。1.4.1波浪的随机特征海洋与土木工程学院35单击此处编辑母版文本样式35波浪运动的随机性•右图是根据从两架飞机上拍摄的海面立体照片而绘制的两张海面等高线实例。可以看出，波浪的特征在时间、空间的变化都非常复杂的。•上述两张图是从连续拍摄的照片中选出的等高线图，虽然看上去极不相同，但在统计上却可以认为它们是表示大致相同的海面状态的两个样本。1.4.1波浪的随机特征海洋与土木工程学院36单击此处编辑母版文本样式上跨零点法;取平均水位为零线，把波面上升与零线相交的点作为一个波的起点。波形不规则地振动降到零线以下，接着又上升再次与零线相交，这一点作为该波的终点(也是下一个波的起点)。如横坐标轴是时间，则两个连续上跨零点的间距便是这个波的周期；把这两点间的波峰最高点到波谷最低点的垂直距离定义为波高。1.4.2波浪的统计基础海洋与土木工程学院37单击此处编辑母版文本样式上跨零点法海洋与土木工程学院38单击此处编辑母版文本样式如何描述这个波系的大小呢?一般有二种方法：一是采用有某种统计特征值的波作为代表波的特征波法；二是用谱表示。特征波的定义，通常采用大约连续观测的100个波作为一个标准段进行统计分析海洋与土木工程学院39单击此处编辑母版文本样式(一)按部分大波平均值定义的特征波1最大波:波列中波高最大的波浪maxmaxHTH2十分之一大波101101HTH3有效波(三分之一大波)3131HTH4平均波高和平均波周期NTTNHHii5均方根波高Hrms21irmsHNH海洋与土木工程学院40单击此处编辑母版文本样式%1H%5H%13H(二)按超值累积概率定义的特征波以H1%为例，其定义是指在波列中超过此波高的累积概率为1%。海洋与土木工程学院41单击此处编辑母版文本样式HH42.2%1HH95.1%5HH61.1%13常用的累积率波高与平均波高关系可根据上式得到HH03.2101HH60.131HHrms13.1对于深水波，常用部分大波的平均波高与平均波高关系为大波特征值和累积特征值可以相互转换%410131%13HHHH海洋与土木工程学院42单击此处编辑母版文本样式建筑物