1、港口航道工程的水文、气象掌握波浪要素、不规则波和规则波、波浪玫瑰图、常用波高统计特种值掌握波浪要素、不规则波和规则波、波浪玫瑰图、常用波高统计特种值 波浪：在外力作用下具有自由面的液体质点偏离其平衡位置的有规波浪：在外力作用下具有自由面的液体质点偏离其平衡位置的有规律的震动，如下图。律的震动，如下图。一、波浪要素一、波浪要素 波高：相邻波峰与波谷的高度差，波高：相邻波峰与波谷的高度差，H 波长：相邻两波峰或相邻两波谷间的距离波长：相邻两波峰或相邻两波谷间的距离L称为被长，（清楚所谓上跨称为被长，（清楚所谓上跨 零点和下跨零点）。零点和下跨零点）。波陡：波高波陡：波高H与波长与波长L的比值的比值
2、=HL称为波陡。称为波陡。波浪周期：在一固定点上观测，连续两次出现波峰或两次出现波谷的波浪周期：在一固定点上观测，连续两次出现波峰或两次出现波谷的 时间时间T称为周期。称为周期。波速：波形传播的速度波速：波形传播的速度c称为波速，规则波的波速等于其波长与周期的比值，称为波速，规则波的波速等于其波长与周期的比值，cLT。从时间和空间看，各个波浪要素都是不相同的，是不规则的随机现象，此种波浪从时间和空间看，各个波浪要素都是不相同的，是不规则的随机现象，此种波浪称为不规则波。称为不规则波。为了研究方便，将此不规则波的波浪系列用一个理想的、波浪要素相同的波浪系为了研究方便，将此不规则波的波浪系列用一个
3、理想的、波浪要素相同的波浪系列代替，此种理想的波浪称为规则波。列代替，此种理想的波浪称为规则波。三、波浪玫瑰图三、波浪玫瑰图 表示某地各个不同方向各级波浪出现表示某地各个不同方向各级波浪出现频率的图，每个叶瓣的指向表示波浪的方频率的图，每个叶瓣的指向表示波浪的方向，宽度表示波高。向，宽度表示波高。将波高或周期分级统计（波高可每隔将波高或周期分级统计（波高可每隔0.5m为一级，周期每隔为一级，周期每隔1s为一级为一级 ），一），一般要般要1-3年的资料。年的资料。四、常用波高统计特种值四、常用波高统计特种值 海洋中的波浪非常复杂，但又有一定海洋中的波浪非常复杂，但又有一定的统计规律。可以发现，特
4、别大和特别小的统计规律。可以发现，特别大和特别小的波浪出现的频率很小，而波高接近平均的波浪出现的频率很小，而波高接近平均值的波浪个数所占比重最大。值的波浪个数所占比重最大。二、规则波与不规则波二、规则波与不规则波（1）平均波高）平均波高H：所有波浪的波高的：所有波浪的波高的算术平均算术平均值称为平均波高。值称为平均波高。（2）最大波高）最大波高Hmax,：在波高统计样本中的最大的波的波高。有时根据统计规律推在波高统计样本中的最大的波的波高。有时根据统计规律推算出的在某种条件下出现的最大波高。算出的在某种条件下出现的最大波高。（3）1/10大波波高大波波高H1/10：海浪连续记录中波高总个数的：
5、海浪连续记录中波高总个数的1/10个大波的波高平均值，个大波的波高平均值，其对应周期的平均值为其对应周期的平均值为1/10大波周期（大波周期（T1/10）。）。（4）有效波高）有效波高Hs（H1/3）海浪连续记录中波高总个数的海浪连续记录中波高总个数的1/3个大波的波高平均值，个大波的波高平均值，其对应周期的平均值为有效波周期（其对应周期的平均值为有效波周期（Ts）。）。Hs的波高，其大小和海面上定期出的波高，其大小和海面上定期出现的显著大波的平均波高相近，因而也称其为现的显著大波的平均波高相近，因而也称其为显著波高显著波高。通常几种波高的含义通常几种波高的含义潮汐类型、潮位基准面、设计潮位潮
6、汐类型、潮位基准面、设计潮位潮汐：海洋中的海水受潮汐：海洋中的海水受月亮和太阳月亮和太阳作用所产生的一种规律性升降运动。作用所产生的一种规律性升降运动。一、潮汐类型（根据周期）一、潮汐类型（根据周期）(一一)半日潮半日潮 周期为半个太阳日（每太阳日为周期为半个太阳日（每太阳日为24h50min）的潮汐。特征：）的潮汐。特征：两次两次潮位（高或低潮位）相差不大潮位（高或低潮位）相差不大，两次相邻的潮差几乎相等，两次相邻的，两次相邻的潮差几乎相等，两次相邻的高潮位之间的时间间隔几乎相同，约高潮位之间的时间间隔几乎相同，约12h25min。我国大多数港口的潮。我国大多数港口的潮汐属于此种情况。汐属于
7、此种情况。(二二)日潮日潮 周期为一个太阳日的潮汐，每日只有一次水位涨落；如北海港的潮周期为一个太阳日的潮汐，每日只有一次水位涨落；如北海港的潮汐属于此种情况。汐属于此种情况。(三三)混合潮混合潮 两种情况两种情况 1.不正规半日潮混合潮，实质是不正规半日潮，在一个太阳日中也是两不正规半日潮混合潮，实质是不正规半日潮，在一个太阳日中也是两次高潮和低潮，但两次相邻的潮高不相等；如香港港的潮汐属于此种情次高潮和低潮，但两次相邻的潮高不相等；如香港港的潮汐属于此种情况。况。2.不正规日潮混合潮，在半个月中出现日潮天数不到一半，其余的天数不正规日潮混合潮，在半个月中出现日潮天数不到一半，其余的天数为不
8、正规半日潮混合潮；如榆林港的潮汐属于此种情况。为不正规半日潮混合潮；如榆林港的潮汐属于此种情况。平均平均海平面高程海平面高程：即在多年潮位观测资料中，取：即在多年潮位观测资料中，取每小时潮位每小时潮位观测值的平观测值的平均值，也均值，也称平均潮位称平均潮位。平均海平面是作为计算陆地平均海平面是作为计算陆地海拔高度的起算面海拔高度的起算面。1955年，规定黄海（青年，规定黄海（青岛验潮站）平均海水面作为全国大地高程海拔高度的起算面。岛验潮站）平均海水面作为全国大地高程海拔高度的起算面。海图深度基准面就是计算海图深度基准面就是计算海图水深的起算面海图水深的起算面，一般也是潮汐的潮高起算，一般也是潮
9、汐的潮高起算面，通常也称为潮高基准面。面，通常也称为潮高基准面。海图采用理论深度基准面为海图所标深度的基准面。这个基准面是理论海图采用理论深度基准面为海图所标深度的基准面。这个基准面是理论上可能出现的最低低潮潮面，要知道海中某日某时某点水深，只要将海上可能出现的最低低潮潮面，要知道海中某日某时某点水深，只要将海图所标该点水深图所标该点水深h加上翻汐表上该点的该日该时潮高就可得到。各国所加上翻汐表上该点的该日该时潮高就可得到。各国所用海图基准面很不一至，有的国家采用平均大潮低潮面，有的国家采用用海图基准面很不一至，有的国家采用平均大潮低潮面，有的国家采用观测的最低潮面，有的国家采用平均低潮面。观
10、测的最低潮面，有的国家采用平均低潮面。海图深度基准面在大多数时间内都应在水面下，但又不是最低深度面，海图深度基准面在大多数时间内都应在水面下，但又不是最低深度面，在某些很低的潮位时还会露出来。在某些很低的潮位时还会露出来。1956年以后我国基本统一采用理论深年以后我国基本统一采用理论深度基准面为海图深度基准面，以理论最低潮位为海图深度基准面，亦为度基准面为海图深度基准面，以理论最低潮位为海图深度基准面，亦为潮位基准面。潮位基准面。二、潮位基准面二、潮位基准面1.海港工程中的设计潮位包括：设计高水位、设计低水位；极端高水位、海港工程中的设计潮位包括：设计高水位、设计低水位；极端高水位、极端低水位
11、。极端低水位。各种潮位之间的关系如下图。各种潮位之间的关系如下图。二、设计潮位二、设计潮位 2.对于海岸港和潮汐作用明显的河口港，设计高水位应采用高潮累对于海岸港和潮汐作用明显的河口港，设计高水位应采用高潮累计频率计频率10%的潮位，简称为高潮的潮位，简称为高潮10%；设计低水位应该采用低潮累计频；设计低水位应该采用低潮累计频率率90%的潮位，简称为低潮的潮位，简称为低潮90%。3.对于海岸港和潮汐作用明显的河口港，如已有历时频率统计资料，对于海岸港和潮汐作用明显的河口港，如已有历时频率统计资料，其设计高水位和设计低水位也可分别采用历时累计频率其设计高水位和设计低水位也可分别采用历时累计频率1
12、%和和98%的潮的潮位。位。4.对于汛期潮汐作用不明显的河口港，设计高水位和设计低水位应对于汛期潮汐作用不明显的河口港，设计高水位和设计低水位应分别采用多年的历时累计频率分别采用多年的历时累计频率1%和和98%的潮位。的潮位。5.海港工程的极端高水位应该采用重现期为海港工程的极端高水位应该采用重现期为50年的年极值高水位；年的年极值高水位；极端低水位应该采用重现期为极端低水位应该采用重现期为50年的年极值低水位。年的年极值低水位。掌握近岸海流特征掌握近岸海流特征一、近岸海流及其分类一、近岸海流及其分类 海流是海流是流向和流速流向和流速相对稳定的大股海水在相对稳定的大股海水在水平面水平面上的运动
13、。上的运动。它是海水的常见运动形式之一。它是海水的常见运动形式之一。近岸海域近岸海域由于外海潮波运动、大气水团的迁移、风和气压由于外海潮波运动、大气水团的迁移、风和气压的变化的影响以及河川泄流、波浪破碎、地理因素等造成的海的变化的影响以及河川泄流、波浪破碎、地理因素等造成的海水流动，称之为近岸海流。近岸海流主要是受外海海水流动的水流动，称之为近岸海流。近岸海流主要是受外海海水流动的影响，但部分则是近岸水体所特有的，如波浪破碎后造成的沿影响，但部分则是近岸水体所特有的，如波浪破碎后造成的沿岸流和离岸流、河川泄流造成的沿岸流等影响。岸流和离岸流、河川泄流造成的沿岸流等影响。海水的温度、盐度的差异而
14、引起海水的密度分布不均匀，海水的温度、盐度的差异而引起海水的密度分布不均匀，由此产生的由此产生的水平压强梯度力水平压强梯度力是产生海流的是产生海流的内因内因之一。之一。海上风云海上风云和气压层的变化、江河径流和气压层的变化、江河径流等，是海流发生的等，是海流发生的外因外因。外海海水流动的形式按其生成原因可分外海海水流动的形式按其生成原因可分为：为：风海流、密度梯度流、气压梯度流、风海流、密度梯度流、气压梯度流、补偿流、潮流补偿流、潮流等；按海流与海岸的相对等；按海流与海岸的相对关系，分为关系，分为沿岸流、向岸流、裂流（即沿岸流、向岸流、裂流（即离岸流）离岸流）。在港口与航道工程中，通常所指的近
15、岸海流在港口与航道工程中，通常所指的近岸海流主要有三种：一是潮流；二是河口水流；三主要有三种：一是潮流；二是河口水流；三是沿岸流和裂流。是沿岸流和裂流。二、近岸海流的特征二、近岸海流的特征近岸海流一般以近岸海流一般以潮流和风海流潮流和风海流为主。在某些情况下，为主。在某些情况下，由于波浪破碎产生的沿岸流和离岸流等也相当显著。由于波浪破碎产生的沿岸流和离岸流等也相当显著。河口区的水流一般以河口区的水流一般以潮流和径流潮流和径流为主。在某些情况为主。在某些情况下，盐水楔异重流等也相当显著。下，盐水楔异重流等也相当显著。在河口区，从上游来的淡水通过河口区泄入海中，在河口区，从上游来的淡水通过河口区泄
16、入海中，而含有一定盐分的海水则随潮上溯，于是便发生了而含有一定盐分的海水则随潮上溯，于是便发生了盐水与淡水的混合和盐水入侵问题。当河道中径流盐水与淡水的混合和盐水入侵问题。当河道中径流来势较强而潮汐势力较弱时，来势较强而潮汐势力较弱时，淡水因重力密度较小淡水因重力密度较小居于上层而向海中泄出，重力密度较大的盐水位于居于上层而向海中泄出，重力密度较大的盐水位于底层并随潮上溯底层并随潮上溯而形成而形成盐水楔盐水楔。三、感潮河段内的水流特性三、感潮河段内的水流特性 感潮河段内的水流具有下列特性：感潮河段内的水流具有下列特性：1.在在潮流界和潮区界潮流界和潮区界之间，仅有之间，仅有水位升降水位升降的的
17、现象，而不存在指向上游的涨潮流；现象，而不存在指向上游的涨潮流；2.在在潮流界潮流界以下，以下，涨落潮流涨落潮流呈往复形式，因呈往复形式，因有径流加入，有径流加入，落潮流量大落潮流量大于涨潮流量；于涨潮流量；3.涨潮历时涨潮历时小于小于落潮历时，涨潮历时落潮历时，涨潮历时愈向上愈向上游游愈愈短短。在河口区，潮流可以溯河而上，流向河流的在河口区，潮流可以溯河而上，流向河流的上游，上游，潮流所能达到的河流上游最远处潮流所能达到的河流上游最远处称为称为“潮流界潮流界”。潮流界以下的河段内的水流，。潮流界以下的河段内的水流，由于潮流作用，经常发生顺、逆流向的周期由于潮流作用，经常发生顺、逆流向的周期性
18、变化。在潮流界以上河段内的水流，流向性变化。在潮流界以上河段内的水流，流向虽总是顺流而下的，由于还受到潮流的顶托虽总是顺流而下的，由于还受到潮流的顶托作用，作用，水位还有周期性升降的变化水位还有周期性升降的变化，这种水，这种水位变化越向上游越不显著，位变化越向上游越不显著，到完全不受潮波到完全不受潮波影响处影响处称为称为“潮区界潮区界”。四、近岸海流特征值的确定四、近岸海流特征值的确定近岸海区由于近岸海区由于水深、地形水深、地形的影响，在不同位的影响，在不同位置上海流的置上海流的流速、流向流速、流向均发生变化均发生变化。当用水工模型试验、数值计算等方法预测港当用水工模型试验、数值计算等方法预测
19、港区的海流状况时，也必须建立在区的海流状况时，也必须建立在实测资料实测资料的的基础上。基础上。在实测资料不足的情况下，风海流分量可按在实测资料不足的情况下，风海流分量可按有关公式计算。对于建造建筑物以后的海流有关公式计算。对于建造建筑物以后的海流状况，根据工程需要可用状况，根据工程需要可用数值模拟或物理模数值模拟或物理模型试验型试验等方法预测。等方法预测。掌握海岸带泥沙运动规律掌握海岸带泥沙运动规律1.海岸带分类海岸带分类 海岸带分为海岸带分为沙质海岸带沙质海岸带和和淤泥质海岸淤泥质海岸带。带。（1）沙质海岸）沙质海岸 海岸带一般指泥沙颗粒的海岸带一般指泥沙颗粒的中值粒径中值粒径大于大于0.1
20、mm，颗粒间无粘结力；在高潮线附近，颗粒间无粘结力；在高潮线附近，泥沙颗粒较粗，海岸剖面较陡；从高潮线到低泥沙颗粒较粗，海岸剖面较陡；从高潮线到低潮线，泥沙颗粒逐渐变细，坡面变缓；在波浪潮线，泥沙颗粒逐渐变细，坡面变缓；在波浪破碎带附近破碎带附近常出现一条或几条常出现一条或几条平行于海岸的水平行于海岸的水下沙堤下沙堤。沙质海岸在我国主要分布在海南和广。沙质海岸在我国主要分布在海南和广西沿海及台湾西海岸，如北海港、汕尾港等。西沿海及台湾西海岸，如北海港、汕尾港等。（2）淤泥质海岸）淤泥质海岸 淤泥质海岸一般指泥沙颗粒中的中值粒淤泥质海岸一般指泥沙颗粒中的中值粒径小于径小于0.03mm，其中的淤泥
21、颗粒之间有粘，其中的淤泥颗粒之间有粘结力，在海水中呈絮凝状态；滩面宽广，坡结力，在海水中呈絮凝状态；滩面宽广，坡度平坦，一般为度平坦，一般为1/25001/500。我国淤泥质。我国淤泥质海岸长达海岸长达4000km以上，主要分布在辽东湾、以上，主要分布在辽东湾、渤海湾、莱州湾和苏北沿海以及长江口、杭渤海湾、莱州湾和苏北沿海以及长江口、杭州湾、珠江口等大江口、杭州湾、珠江口等州湾、珠江口等大江口、杭州湾、珠江口等大江、大河河口三角洲地带。大江、大河河口三角洲地带。2.海岸带的泥沙来源海岸带的泥沙来源 海岸带的泥沙来源有海岸带的泥沙来源有河流来沙河流来沙、邻近岸邻近岸滩来沙滩来沙、当地崖岸侵蚀来沙
22、和海底来沙当地崖岸侵蚀来沙和海底来沙。一。一般以邻近岸滩搬运来的泥沙为主；在般以邻近岸滩搬运来的泥沙为主；在河口附河口附近近，泥沙可能主要，泥沙可能主要来自河流来自河流；当海岸发生较；当海岸发生较快的侵蚀时，也能供应较多的泥沙。快的侵蚀时，也能供应较多的泥沙。3.海岸带泥沙运动的一般规律海岸带泥沙运动的一般规律 海岸带泥沙运动的一般规律如下：海岸带泥沙运动的一般规律如下：（1）沙质海岸的泥沙运移形态有）沙质海岸的泥沙运移形态有推移和悬移推移和悬移两种。两种。（2）淤泥质海岸的泥沙运移形态）淤泥质海岸的泥沙运移形态以悬移为主以悬移为主，对对较细颗粒较细颗粒的海岸底部可能的海岸底部可能有浮泥运动有
23、浮泥运动，对，对较粗颗粒较粗颗粒的海岸底部有的海岸底部有推移质推移质运动。运动。（3）海岸带泥沙运动方式可分为与海岸线垂）海岸带泥沙运动方式可分为与海岸线垂直的横向运动和与海岸线平行的纵向运动。直的横向运动和与海岸线平行的纵向运动。4.波浪和海流对泥沙的作用波浪和海流对泥沙的作用 海岸港的淤积是泥沙在波浪和海流等动力因素综海岸港的淤积是泥沙在波浪和海流等动力因素综合作用下的结果合作用下的结果 （1）波浪的作用）波浪的作用 在在沙质海岸沙质海岸，波浪波浪是造成泥沙运动的主要动力。是造成泥沙运动的主要动力。大部分泥沙运动发生在大部分泥沙运动发生在波浪破碎区以内波浪破碎区以内，当波浪的，当波浪的传播
24、方向与海岸线传播方向与海岸线斜交斜交时，波浪破碎后所产生的沿时，波浪破碎后所产生的沿岸流岸流将带动泥沙顺岸移动将带动泥沙顺岸移动，沿岸泥沙流若遇到突堤，沿岸泥沙流若遇到突堤等水工建筑物则将从其根部开始淤积，逐渐改变该等水工建筑物则将从其根部开始淤积，逐渐改变该处海岸线的走向。如沿岸泥输沙量不大，新海岸线处海岸线的走向。如沿岸泥输沙量不大，新海岸线可不致延伸到堤头，即达到新的动力平衡；如沿岸可不致延伸到堤头，即达到新的动力平衡；如沿岸输沙量很大，则新海岸线不断向海方增长终将达到输沙量很大，则新海岸线不断向海方增长终将达到堤头，在口门附近形成浅滩。对于岛式防波堤，因堤头，在口门附近形成浅滩。对于岛
25、式防波堤，因堤后波浪掩护区内沿岸输沙动力减弱，泥沙将在堤堤后波浪掩护区内沿岸输沙动力减弱，泥沙将在堤后港域内后港域内从岸边向海方淤积从岸边向海方淤积，严重时可形成连岛坝。，严重时可形成连岛坝。在在淤泥质海岸淤泥质海岸，波浪主要起掀沙波浪主要起掀沙作用，掀起作用，掀起的泥沙除随潮输移外，风后波浪消弱又常形的泥沙除随潮输移外，风后波浪消弱又常形成成浮泥浮泥。此种浮泥除自身可能流动外，又易。此种浮泥除自身可能流动外，又易为潮流掀扬，转化为悬移质，增加了随潮进为潮流掀扬，转化为悬移质，增加了随潮进入港区和航道的泥沙数量。入港区和航道的泥沙数量。（2）海流的作用在淤泥质海岸，在淤泥质海岸，潮流潮流是输沙
26、的主要动力，涨是输沙的主要动力，涨潮流强于落潮流的地区，涨潮流的方向指向潮流强于落潮流的地区，涨潮流的方向指向输沙方向，在波浪较弱的海岸区，潮流可能输沙方向，在波浪较弱的海岸区，潮流可能是掀沙的主要因素，潮流挟带泥沙进入港区是掀沙的主要因素，潮流挟带泥沙进入港区和航道后，由于动力因素减弱，降低了挟沙和航道后，由于动力因素减弱，降低了挟沙能力，导致落淤。能力，导致落淤。在在沙质海岸狭长海湾及海峡沙质海岸狭长海湾及海峡等地形条件下，等地形条件下，海流流速较大，可对泥沙运动起主导作用，海流流速较大，可对泥沙运动起主导作用，海流不仅起输沙作用，还起掀沙作用海流不仅起输沙作用，还起掀沙作用。5.河口外海
27、岸港的淤积，除受波浪和海流对河口外海岸港的淤积，除受波浪和海流对浅滩泥沙作用的影响外，河流的部分下泄泥浅滩泥沙作用的影响外，河流的部分下泄泥沙还可能直接进港。沙还可能直接进港。6.在河口区，由于迳流和潮流等共同作用，在河口区，由于迳流和潮流等共同作用，常形成拦门沙碍航，常形成拦门沙碍航，盐淡水交汇造成淤泥颗盐淡水交汇造成淤泥颗粒的絮凝现象粒的絮凝现象，促进了泥沙的淤积，促进了泥沙的淤积，淤积淤积的的部位部位常在常在盐水楔顶端的滞流点盐水楔顶端的滞流点附近。附近。掌握内河的特征水位、泥沙运动规律 一、特征水位一、特征水位 常见的特征水位有下列几种：常见的特征水位有下列几种：1.最高水位：即在研究
28、时期内出现的最高水位。最最高水位：即在研究时期内出现的最高水位。最高水位有：月最高水位、年最高水位、历年最高水高水位有：月最高水位、年最高水位、历年最高水位。位。2.最低水位：即在研究时期内出现的最低水平。最最低水位：即在研究时期内出现的最低水平。最低水位有：月最低水位、年最低水位、历年最低水低水位有：月最低水位、年最低水位、历年最低水位。位。3.平均水位：在研究时期内水位的平均水位：在研究时期内水位的算术平均值算术平均值，又，又可分为：月平均水位、年平均水位、历年平均水位。可分为：月平均水位、年平均水位、历年平均水位。4.平均最高水位：每年最高水位的算术平均值。平均最高水位：每年最高水位的算
29、术平均值。5.平均最低水位：每年最低水位的算术平均值。平均最低水位：每年最低水位的算术平均值。6.正常水位：正常水位：多年水位平均值多年水位平均值。7.中水位：在研究时期的中水位：在研究时期的水位累积曲线水位累积曲线（历时（历时曲线）上相当于曲线）上相当于历时历时50%的水位。的水位。二、泥沙运动的一般规律二、泥沙运动的一般规律泥沙运动的基本状态，床面上的泥沙，既具有可动泥沙运动的基本状态，床面上的泥沙，既具有可动性，也具有对运动的抗拒性，因此，在一种水流条性，也具有对运动的抗拒性，因此，在一种水流条件下，它会保持静止状态；在另一种水流条件下，件下，它会保持静止状态；在另一种水流条件下，它会随
30、水流运动，泥沙由静止状态变为运动状态的它会随水流运动，泥沙由静止状态变为运动状态的临界水流条件临界水流条件，即为起动流速，当流速小于起动流，即为起动流速，当流速小于起动流速时它保持静止。速时它保持静止。由于海水在重力作用下由河源至河口不断做功，水由于海水在重力作用下由河源至河口不断做功，水流对地面疏松物质（泥沙或砾石）有显著的侵蚀作流对地面疏松物质（泥沙或砾石）有显著的侵蚀作用，其中用，其中随河水流动的固体颗粒随河水流动的固体颗粒，即称为泥沙（或，即称为泥沙（或固体迳流）。固体迳流）。泥沙在水中的运动状态，主要可分为三大类，泥沙在水中的运动状态，主要可分为三大类，即即悬移质运动、推移质运动悬移
31、质运动、推移质运动和河床（和河床（层移层移）质运动）质运动状态。状态。（一）悬移质运动（一）悬移质运动 天然河道水流多属紊动水流，在紊流中存在许天然河道水流多属紊动水流，在紊流中存在许多大小不等的紊动涡体，相互掺混着前进，在紊流多大小不等的紊动涡体，相互掺混着前进，在紊流层之间不断的产生动量交换，从而引起水流运动要层之间不断的产生动量交换，从而引起水流运动要素（流速、压强等）的脉动。河床上的泥沙被水流素（流速、压强等）的脉动。河床上的泥沙被水流冲起来以后，如遇到足够的紊动涡体，就会悬浮在冲起来以后，如遇到足够的紊动涡体，就会悬浮在水中，成为悬移质。悬移质有一定的运动规律，当水中，成为悬移质。悬
32、移质有一定的运动规律，当水流条件、泥沙条件发生变化时，悬移质运动也要水流条件、泥沙条件发生变化时，悬移质运动也要按一定的规律发生变化，同时会引起河床的冲淤变按一定的规律发生变化，同时会引起河床的冲淤变化。化。（二）推移质运动（二）推移质运动 河流中相对较粗的泥沙受水流的作用在河底附河流中相对较粗的泥沙受水流的作用在河底附近滚动或滑动，或连滚带滑向前移动，经常与河床近滚动或滑动，或连滚带滑向前移动，经常与河床保持接触。这种泥沙被称为推移质。当床面上有一保持接触。这种泥沙被称为推移质。当床面上有一定数量的推移质运动时，河床表面往往形成起伏的定数量的推移质运动时，河床表面往往形成起伏的沙波。沙波。推
33、移质与悬移质是互相联系的，在同一种水流推移质与悬移质是互相联系的，在同一种水流状态下，推移质中颗粒较小的部分与悬移质中颗粒状态下，推移质中颗粒较小的部分与悬移质中颗粒较粗的部分构成彼此交错状态。前者主要以推移的较粗的部分构成彼此交错状态。前者主要以推移的方式运动，但也可能表现为暂时的浮游，后者主要方式运动，但也可能表现为暂时的浮游，后者主要以悬移的方式运动，但也可表现在暂时的滚动或跃以悬移的方式运动，但也可表现在暂时的滚动或跃移。就同一个泥沙组成来说，在较弱的水流情况下移。就同一个泥沙组成来说，在较弱的水流情况下可以表现为推移质，在较强的水流情况下，也可表可以表现为推移质，在较强的水流情况下，
34、也可表现为悬移质。现为悬移质。(随机现象随机现象)（三）跃移质运动（三）跃移质运动(经典的理论不这么分类经典的理论不这么分类)半悬移质泥沙时而浮在上面，时而沉在半悬移质泥沙时而浮在上面，时而沉在床面顺河底移动。固体颗粒上升和下降均取床面顺河底移动。固体颗粒上升和下降均取决于接近河床表面处的垂直分速变化。决于接近河床表面处的垂直分速变化。层移质运动层移质运动 在河床表层在河床表层,泥沙集体成层运动泥沙集体成层运动,称为层称为层移质运动。移质运动。掌握风级、风速对照表、大风、风玫瑰图、降水掌握风级、风速对照表、大风、风玫瑰图、降水 一、风的基本资料一、风的基本资料 风的特征是用风的特征是用风速和风
35、向风速和风向两个量值来表两个量值来表示的。风速是空气在单位时间内所运动的距示的。风速是空气在单位时间内所运动的距离，单位一般用米离，单位一般用米/秒（秒（m/s）表示。风向，）表示。风向，即风之即风之来来向，一般用向，一般用16个方位来表示，在海个方位来表示，在海上多用罗盘来测定。在海上，当无风速仪时，上多用罗盘来测定。在海上，当无风速仪时，常利用海上的物象特征观测风速和风向常利用海上的物象特征观测风速和风向。二、风级、风速对照表二、风级、风速对照表 目前的风速用蒲福风级来表示，见表目前的风速用蒲福风级来表示，见表1E411016-1。蒲福风级按风速大小不同分为。蒲福风级按风速大小不同分为12
36、级。级。蒲福风级表蒲福风级表 见书上表1E411016-1 三、大风三、大风 风速风速为为17.220.7m/s或风力超过或风力超过8级级的的风称为大风。一日如有此级风出现，即视为风称为大风。一日如有此级风出现，即视为大风日。大风对航运及海上作业都有很大危大风日。大风对航运及海上作业都有很大危害，常造成重大事故；如与天文高潮相遇，害，常造成重大事故；如与天文高潮相遇，常形成风暴潮，使海水泛滥，危害更严重。常形成风暴潮，使海水泛滥，危害更严重。我国沿海，东海沿岸大风最多；其次是我国沿海，东海沿岸大风最多；其次是黄海、渤海沿岸；南海沿岸大风最少。一般黄海、渤海沿岸；南海沿岸大风最少。一般沿海岛屿的
37、大风比大陆岸边的大风多。沿海岛屿的大风比大陆岸边的大风多。四、风玫瑰图四、风玫瑰图 在收集到气象台站的风资料后，应整理在收集到气象台站的风资料后，应整理绘制成风玫瑰图（风况图）供工程规划设计绘制成风玫瑰图（风况图）供工程规划设计用。用。所谓风玫瑰图是指用来表达风的时间段、所谓风玫瑰图是指用来表达风的时间段、风向、风速和频率四个量的变化情况图风向、风速和频率四个量的变化情况图。风。风玫瑰图一般按玫瑰图一般按16个方位绘制。这四个量有各个方位绘制。这四个量有各种不同的组合方式，而且一幅风玫瑰图也常种不同的组合方式，而且一幅风玫瑰图也常常不能表达出这四个量的全部情况，所以常常不能表达出这四个量的全部
38、情况，所以常按工程需要绘制各种形式的风玫瑰图。按工程需要绘制各种形式的风玫瑰图。1风向频率玫瑰图，将多年观测资料分方向风向频率玫瑰图，将多年观测资料分方向统计后，用百分数表示风在各个方向上的出统计后，用百分数表示风在各个方向上的出现次数（频率）。并以一定比例在极坐标上现次数（频率）。并以一定比例在极坐标上绘制而成，见图绘制而成，见图IE411016-1。图中某一方向。图中某一方向的线段长度与图例中单位长度的比值即为该的线段长度与图例中单位长度的比值即为该方向风的频率值。方向风的频率值。2最大风速玫瑰图：从多年的观测资料中最大风速玫瑰图：从多年的观测资料中找出各向多年内的最大风速以一定比例绘于找
39、出各向多年内的最大风速以一定比例绘于极坐标上而成，见图极坐标上而成，见图1E411016-2。图中某一。图中某一方向的线段长度与图例中单位长度的比值即方向的线段长度与图例中单位长度的比值即为该方向的最大风速。为该方向的最大风速。3、大于某一风级的风频率玫瑰图：如需要绘、大于某一风级的风频率玫瑰图：如需要绘制大厂等于制大厂等于6级风的频率玫瑰图，将各向大于级风的频率玫瑰图，将各向大于和等于此级以上的次数相加，并以全部观测和等于此级以上的次数相加，并以全部观测数除之即得，见图数除之即得，见图1E41l016-3。图中某一方。图中某一方向的线段中阴影部分长度与图例中单位长度向的线段中阴影部分长度与图
40、例中单位长度的比值即为该方向大于等于的比值即为该方向大于等于6级风的频率。级风的频率。4、大风日：、大风日：指在某一观测时段中出现超过某一风速（如指在某一观测时段中出现超过某一风速（如8级级风的风速）的天数，如一天的观测中出现一次或多风的风速）的天数，如一天的观测中出现一次或多次超过此值的风速，均称为一个大风日。次超过此值的风速，均称为一个大风日。5、台风与热带风暴：、台风与热带风暴：台风是发生在东经台风是发生在东经1800以西的北太平洋和南中以西的北太平洋和南中国海的热带低压气旋国海的热带低压气旋(风暴风暴)。世界气象组织将太平。世界气象组织将太平洋的风暴分为三个等级：中心最大风力在洋的风暴
41、分为三个等级：中心最大风力在12级或级或12级以上的风暴称为台风，级以上的风暴称为台风，1011级风暴称为强热带级风暴称为强热带风暴，风暴，89级风暴称为热带风暴。低于级风暴称为热带风暴。低于8级的称为级的称为热带低压。热带低压。五、降水五、降水 水以液态或固态从空中降向地面的自然水以液态或固态从空中降向地面的自然现盘，称为降水。现盘，称为降水。1、降水量量，系指空中降到地面上的液态以、降水量量，系指空中降到地面上的液态以及固态及固态(融化后融化后)的水量，未经蒸发、渗透、的水量，未经蒸发、渗透、流失而在水平面上的积聚深度。降水量以毫流失而在水平面上的积聚深度。降水量以毫米为单位，取一位小数。米为单位，取一位小数。2、降水强度，系指在单位时间内的降水总、降水强度，系指在单位时间内的降水总量，通常取量，通常取1h或或1d为单位时间。我国沿海各为单位时间。我国沿海各港口多年平均降水量见表港口多年平均降水量见表1E411016-2。
