海洋学课件

2022-03-16 来源：易榕旅网

绪论

一、地磁、地球自转速度 1.

地磁成因

地球磁场起源于其外核液态铁镍物质的对流运动，从而产生电流,产生磁场。 2．地磁磁极

地磁北极：位于北纬78.6°，西径 101°。磁北极位于南半球地磁南极：位于南纬65°，东径 138°。磁南极位于北半球地磁轴与地球自转轴的夹角：11°

磁极处磁场强度：

南磁极，0.68高斯；北磁极，0.61高斯；赤道处，0.29～0.4高斯

地磁强度变化：平均每年降低1‰，1000年后地磁场可能消失，逐渐发生地磁场倒转。古地磁研究表明：50万～100万年地磁倒转一次。

3. 磁极移动曲线

4．地球自转速度（1）长期变慢

一个世纪内，每日的长度平均增加1～2ms

科学家发现，13亿年前，每年有540天。 3.7亿年前，一年约有400天左右

国际天文组织测量发布：1984年6月30日增加1秒；

1987年12月31日增加1秒。

1972～1989出现了14次闰秒，地球约每15个月就要转

慢1秒。此数据不能用作预测闰秒。

1998年12月31日23时59分59秒闰秒

2005年12月31日23时59分59秒闰秒（相隔7年） 2008年12月31日23时59分59秒闰秒（相隔3年）闰秒实施举例：零八年实施的一次闰秒协调世界时：

23时59分59秒（2008年12月31日） 23时59分60秒（2008年12月31日） 00时00分00秒（2009年1月1日）北京时间：

7时59分59秒（2009年1月1日） 7时59分60秒（2009年1月1日）

8时00分00秒（2009年1月1日）

（2）变慢原因：潮汐摩擦，引起地球自转角动量减少

（3）地球南北极的有趣现象： a. 一天等于一年(度日如年)

b. 北极：四面八方都朝南

c. 南极：四面八方都朝北

月球运动：自转周期等于公转周期

月球总是以相同的一面向着地球

太阳运动：围绕银河系绕转：速度，250km/s ; 周期，2.5亿年

四大洋：

太平洋；印度洋；大西洋；北冰洋

太平洋

位置：位于亚洲、大洋洲、南极洲和北美洲之间南北最长：约 15900公里东西最宽：约199O0公里

面积：17968万平方公里。占世界海洋总面积的49.8％，占地球总面积的35％。平均深度：4028米，

最大深度：11034米（马里亚纳海沟），是目前已知世界海洋的最深点。太平洋是地球上四大洋中最大、最深和岛屿、珊瑚礁最多的海洋。

西南：以塔斯马尼亚岛东南角至南极大陆的经线与印度洋分界东南：以通过南美洲最南端的合恩角的经线与大西洋分界北：经白令海峡与北冰洋连接白令海峡宽：约85公里深：30～50米

白令海峡是位于亚洲最东点的迭日涅夫角和美洲最西点的威尔士王子角之间的海峡。

两“角”夹峙的白令海峡中，有两个分别属于俄、美的小岛，日界线便从两岛之间通过，因此，在两个相距仅有4公里的地方，却隔着一天的日期。

威尔士角所在的阿拉斯加半岛，是白令于1741年发现的，以后俄国皮毛商人还在这里建立了村落。但是，这片当年十分荒凉的冰天雪地，被沙皇于1867年以720万美元的价格卖给了美国。

现在的阿拉斯加州，已经成了“能源的源泉”而身价倍增。

东：经巴拿马运河和麦哲伦海峡、德雷克海峡沟通大西洋，巴拿马运河长：81.3Km 深:13～15m 宽150～304 m

整个运河的水位高出两大洋26m

设有6座船闸。船舶通过运河一般需要9个小时，可以通航76000吨级的轮船. 西：经马六甲海峡和巽他海峡通印度洋，总轮廓近似圆形。马六甲海峡长：约l080公里

宽：西北部最宽达370公里东南部最窄处:37公里。太平洋的几种划分：

通常以南、北回归线为界：分南、中、北太平洋．以赤道为界：分南、北太平洋，也有以东经160°为界：分东、西太平洋印度洋位置：位于亚洲、大洋洲、非洲和南极洲之间，大部分在南半球。

面积：7491.7万平方公里

约占世界海洋总面积的21.1％，为世界第三大洋。平均深度: 3897米

最大深度: 7150米(爪哇海沟)

西南: 以通过非洲南端好望角的经线(东经2O°) 同大西洋分界好望角：

惊涛骇浪常年不断

常常有“杀人浪”出现，这种海浪前部犹如悬崖峭壁，后部则像缓缓的山坡，波高一般有15～20米，航行到这里的船舶往往遭难，因此，这里成为世界上最危险的航海地段。///////////////////////

东南:以通过塔斯马尼亚岛的经线（东经147°）与太平洋分界南部:向南极洲敞开。大西洋大西洋的名称源于我国明代。我国自明代起习惯以雷州半岛至加里曼丹为界线，把大洋分为东洋和西洋，称日本人为东洋人、称欧洲人为西洋人。称印度洋为小西洋，称印度洋西边的洋为大西洋。位置：位于欧非与南北美洲和南极洲之间。

面积：9336.3万平方千米约占海洋面积的25.4％，约为太平洋面积的一半，为世界第二大洋。平均深度：3627米

最大深度：9212米（波多黎各海沟）南：接南极洲

北：以挪威最北端、冰岛、格陵兰岛南端、戴维斯海峡南边、拉布拉多半岛的伯韦尔港一线与北冰洋分界；西南：以通过南美洲南端合恩角的经线同太平洋分界；

东南：以通过非洲南端好望角的经线(东经2O°)同印度洋分界。大西洋的轮廓略呈 S形。

通常将北纬5°作为南、北大西洋的分界

北冰洋位置：大致以北极为中心，为亚洲、欧洲、北美洲三洲所环抱，

面积：1310万平方公里。约相当于太平洋面积的 l／14，约占世界海洋总面积4.1％，是地球上四大洋中最小最浅的洋。

平均深度：约1200米，最大深度: 5449米（南森海盆）

北冰洋被陆地包围，近于半封闭。通过挪威海、格陵兰海和巴芬湾同大西洋连接，并以狭窄的白令海峡沟通太平洋。

海洋分布：

地球表面积为5.1亿 km，陆地面积占29%，海洋面积占71%。

北半球的陆地是南半球的2倍多，故北半球称为陆半球，南半球称为水半球。．．．．．．．．海陆的比例：南，80.9% , 19.1%

北, 60.7% , 39.3% 。

海与洋：海洋是相互连通的，构成统一的世界海洋。

全球陆地被海洋分割，故没有统一的世界大陆。

海洋深度：

平均深度：3 795 m；最深处：马里亚纳海沟,11 034 m 陆地平均高度：875 m；最高处：珠穆朗玛峰，8 848 m 三、 1．

海域辽阔

2北起渤海之滨，南达南沙群岛，跨越温带、亚热带及热带三大气候带，海岸线绵延长达18 000多 km2.东中国海

渤海、黄海和东海有时总称为东中国海东面：以朝鲜海峡与日本海分界东南面：以琉球群岛与太平洋隔开。

西南：至台湾海峡的北界面积：约l20.9万 km。水深

渤海：平均水深为20 m。渤海海峡深度大多在60 m以内。黄海：平均水深为40 m，大多不超过60 m，中心部分地区，水深在80 m以上。

东海：平均水深为349 m，最深处为2 719 m。 3.南海

范围：西濒中南半岛，它的东南部通过巴士海峡、苏禄海、爪哇海与太平洋相通面积：约350万 km，统称该海域为南中国海或南海。

平均水深：1 140 m，中间深，四周浅，形成锅形的南海盆地。我国因石油生产的需要又分南海西部和东部，二者间以珠江口为界。．．．．．四、海洋的作用

1．调节全球环境，是一个巨大的空调器。（1）

调温

a.气暖，大气环流 b. 水暖：黑潮、湾流。黑潮流系图

湾流流系图

冷暖洋流影响着全球气候，如大西洋暖海洋流每年向西北欧每l km海岸输送的热量大约相当于燃烧6×10吨煤所

放出的热量，使得纬度高达50°以上的挪威最冷月的平均气温也在0 ℃以上；海洋的热容量是大气的1 000倍。

改造北极气侯设想： a.使北极变暖

前苏联工程师舒米林设想造一条长74Km、高50～60m米的堤坝，将白令海峡截断。在坝体内安装几千台抽水机，

把太平洋的海水抽入北冰洋，从而造就一股强大的暖流，通过北极地区流入大西洋。

预期效果：北冰洋的冰雪消融了，成为长年通航无阻的国际航线，苏联近万公里的北冰洋海岸线全部解冻，热带向

北延伸。温暖的北冰洋将为人类提供极其丰富的鱼虾和矿产…… b.防止北冰洋巨大浮冰融化

美国科学家盖尔哈撒韦设想从格陵兰到挪威建筑一条长约1700公里的海上大坝，把北冰洋和大西洋拦腰截断，阻

止大西洋暖流进入北冰洋。他认为，如果大西洋温暖的海水把北冰洋巨大浮冰融化，便会造成海面上升淹没沿海地带的悲剧。

厄尔尼诺现象090903 （2）

调节空气成分：产氧，吸收CO2

海洋每年生产360亿吨氧，大气中70％的氧来自海洋；海洋吸收大气中的CO2的量是大气的60倍；（3）

生产淡水

722海洋每年蒸发44×10km的淡水；

2.给人类提供了大量的生物资源、矿产资源和动力资源； 3.给沿海提供优越的生存条件

海洋使沿海地区成为经济、社会和文化最发达、人口最密集的地区；

海洋使沿海雨量充沛，适合农业发展；海洋为沿海地区提供优越的区位优势，便于进行区域间、国家间的经济和文

化交流；

海洋使沿海地区(个别冰封区除外)气候适宜，空气清新，适合人类生存。

全世界经济、社会和文化最发达的区域多位于沿海地区，世界60％的人口居住在距海岸100 km

4．海洋是连结各大陆的基本通道。

第一章地球与海洋 §1—1 地球的基础知识

一、地球的宇宙环境

宇宙：宇宙是由各种形态的天体和电磁波等物质组成的宇宙范围：半径约150亿光年宇宙中的星系：约有10亿个星系

小星系有几万颗恒星，大星系有上千亿颗恒星太阳所在的星系叫做银河系

天体系统：天体常常聚集成一个个天体群或集团，通称为天体系统。天体系统的级别：地球与月球、人造卫星等组成较低级的地-月系统太阳与地球及其他行星组成较高一级的太阳系

太阳的质量占太阳系总质量的99.8%

太阳周围的星体：八大行星（水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。），50颗卫星，2000多颗小行星以及600多颗彗星

类地行星：水星、金星、地球和火星。体积较小、密度较大、卫星较少，表层为固体，重元素较多

类木行星：木星、土星、天王星和海王星。体积大、密度小、卫星较多，无固体表面，轻元素较多。

太阳系的范围：太阳系以冥王星轨道为边界，直径为118×10km，太阳发出的光需要5.5小时才能穿出太阳系。

地球自转：地球绕通过地心的地轴的旋转称为自转，地球自转会产生天体的周日视运动，产生地转偏向力或科氏力。

地球公转：a.地球环绕地球与太阳公共质心的运动 b. 地球环绕地月公共质心的运动二、地球的形状和大小

1．地球的形状

地球是个旋转椭球体，赤道半径较长，两极半径较短。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

地球赤道处是一个椭圆，长轴比短轴约长430m, 长轴指向西径20、东径160。北半球较细、较长，南半球较粗、较短。是一个不规则的扁球体地球的南北半径并不互相对称，地球的几何中心也并不在赤道平面上北极比椭球面高出14m,南极比椭球面凹进24m 赤道至45°N间向内凹进，赤道至60°S间向外凸出 2．地球的大小

赤道半径a为6378.160km; 极半径b为 6356.755km; 地球扁平率

ab a 为 0.0033529 ; 赤道周长为40075.24km; 子午线周长为40008.08km;

表面面积为510 070 100平方公里(约五亿平方公里); 地球体积:1 083 l57 900 000立方公里(约一万亿立方公

里)。

三、地球的外部圈层 1.大气圈

包围着地球的气体，厚度有几万千米，总质量约5 136×lOt。

大气圈无明确的上界。大气有明显的可压缩性， 2.水圈

水圈是地球表层的水体，占地球总质量的0.024%。陆上江河湖沼的水直接、或通过水汽、或通过地下水与海洋相通。所以地球上的水体构成了包围地球的完整圈层——水圈。

3.生物圈

生物圈是地球上生物(包括动物、植物和微生物)生存和活动的范围。磁层和大气层将对生命有害的高能辐射和带电离子阻挡或吸收。

磁层：

太阳风是从太阳向行星际空间抛射出的高温高速低密度的粒子流，主要成分是电离氢和电离氦。

因为太阳风是一种等离子体，所以它也有磁场，太阳风磁场对地球磁场施加作用，好像要把地球磁场从地球上吹走似的。

尽管这样，地球磁场仍有效地阻止了太阳风长驱直入。在地球磁场的反抗下，太阳风绕过地球磁场，继续向前运动，于是形成了一个被太阳风包围的、慧星状的地球磁场区域，这就是磁层。

极光现象：

地球磁场形如漏斗，尖端对着地球的南北两个磁极，因此太阳发出的带电粒子沿着地磁场这个“漏斗”沉降，进入地球的两极地区。两极的高层大气，受到太阳风的轰击后会发出光芒，形成极光。在南极地区形成的叫南极光。在北极地区形成的叫北极光。四、地球的内部结构 1.地核

a. 内核固体； b. 外核液态；

地球上层较重的铁、镍等物质逐渐熔融，并渗过硅酸盐物质

向地心流动而形成地核

2.地幔

地内深处较轻的硅酸盐物质也相继熔融浮到地球上部，形成地幔

上地幔上地幔由较重的橄揽岩层组成．．．．．．．．．．．．．

下地幔是由金属硫化物、氧化物组成的铬、铁、镍层．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

地热来源：地球内部放射性的物质衰变所产生的巨大热量对地球的形成与演化有重大意义。

上下地幔均能传播地震纵波和横波，所以为固态物质层

3.地壳大洋地壳:较轻的硅镁质岩浆上移至地壳下层凝结，构成玄武

岩地壳

大陆地壳:最轻的硅铝质岩浆升到地球最上层，构成花岗岩

地壳

地球历史:从地球的地壳形成时算起，地球已有四十六亿年的．．．．．．．．．．历史了．．．

4.划分依据（地震波传播速度不连续，突然急剧减少）第一个不连续界面（莫霍面）：．．．．．．．．．深度不一致，在大陆区较深，可达90余公里以上。在大洋

区较浅，甚至不到5km，简称莫霍面。莫霍面以上一般称为地壳，．．．．．．．．．以下为地幔。．．．．．

第二个不连续界面（古腾堡面）．．．．．．．．．

深度在2898km处，简称古腾堡面，这个界面是地幔与地．．．．．

核的分界面。．．．．．．

五、地球的起源与地质时代 1.地球的起源

a. 约在50～60亿年前,存在一个巨大的气体尘埃星云，叫做

太阳云

b. 太阳云不稳定地自转, 在自身引力作用下进行收缩，使大

量物质聚集于中心部分(图A)

c. 体积缩小导致自转速度加快，离心力随之加大，太阳云逐

渐变成圆盘状

d. 太阳云在收缩过程中，密度、压力加大，导致温度急剧上

升，产生氢聚变为氦的核反应。产生了光芒四射的原始太阳(图B) e. 原始太阳抛出的物质参加到围绕它旋转的圆盘中去。

f. 尘埃物质作为气体凝聚的核集结成一个个大小团块，并沿赤道下沉，形成一圈一圈有规律间隔的尘环。

g. 环内物质在不均匀引力作用下，大质点吸引小质点，逐渐聚结成为行星胚胎(图1—4C)，最终形成行星。

2.地球的地质年代

根据岩石中存在的微量放射性元素蜕变规律测定出岩石生成的绝对年龄寒武纪 5亿年前志留纪 4亿年前泥盆纪 3.5亿年前石炭纪 3亿年前三迭纪 2亿年前侏罗纪 1.5亿年前白恶纪 0.7亿年前第三纪 600万年前

古新世距今6500—7000万年始新世 6000 万年前渐新世 3800 万年前中新世 2600 万年前上新世 900 万年前第四纪1 248 万年前

（冰期末年）第四纪2 73 万年前第四纪3 12.5 万年前全新世 1.2 万年前

§1─2海与洋

一、地表海陆分布

地球表面崎岖不平

深度大于3000m的海洋：约占海洋总面积的75%；而高度不足1 000m的陆地：占其总面积的71%。海洋的平均深度达3 795 m，陆地的平均高度却只有875 m

如果将高低起伏的地表削平，则地球表面将被约2 646m厚的海水均匀覆盖。二、海水的起源

1.水的组成：

海水97%，冰川2.25%，河水、湖水及地下淡水＜1%；大气中的汽态水，比例极小 2．当量水深

海水的当量深度应为2700～2800m，大气中水汽的当量深度3cm。 3．海水的形成

a.海水水体来源：来自地球内部地下的岩石．．．．．．．．．．．

地壳增温，岩石结晶水变成产生水汽。岩浆活动或火山爆发，水汽跑到地球的外部，变成汽态水，以雨滴的形式

降落到地球表面上来，形成原始的水圈。

b.海水中盐分来源：

原始的海洋，是略带咸味，没有现在海水的含盐量高。 ①基岩的溶解提供给海水的盐分；

②海底火山的喷发活动不断增加海水中的氯化物和硫酸盐的含量；

③是陆地上大量的火成岩和矿物质风化、侵蚀和溶解后形成的盐由河流输送到海洋里。海水的平均盐度：35

c.形成特点：逐渐积累

☆原始海洋中的海水约为目前海水的1/10。现在地球上有这样多的海水，无疑是经过十几甚至几十亿年的逐渐积

累而成的。

☆一方面因地表上河水最后的归宿是大海，而河水流经陆地时总带有一定量的盐分；另一方面，大面积海水的唯一去路是蒸发，而蒸发出去的总是淡水。这就是海水中的盐分在太阳能和重力的作用下逐渐积累的过程。

三.海洋的划分

洋海洋的主要部分洋的特点：

面积广阔，约占海洋总面积的89% ；深度大，一般在2～3km以上；平均盐度35，且年变化小；水色高、透明度大；

有各自的潮汐系统和强大的洋流系统。海洋的边缘部分．．．．．．

特点

面积比洋小得多，只占海洋总面积的11%,深度一般较浅。

各海海水的物理化学性质各有特点，温度受大陆影响很大，并有显著的季节变化。水色低、透明度小、沉积物多为陆生的。

海的分类

地中海位于各大洲中间，而且面积广大，如亚欧非之间的地中海内海位于同一大陆的两部分之间，面积较小，如渤海。

缘海是海洋的边缘部分，只有一些岛屿同大洋相隔，海水可以在缘海和大洋间自由沟通，如东海等。

3.海湾

洋或海的一部分延伸入大陆，其深度逐渐减小的水域称为湾。

一般来说在入口的地方海角与海角之间的联线，作为湾的分界线。海湾中的海水性质一般与其相邻的海洋的海水性

质近似。在海湾中常出现最大的潮差，这显然与深度和宽度的不断减小有关。例如，我国抗州湾的钱塘江怒潮驰名世界，它的潮差一般可达6～8m，最大时可达12m之多。

4.海峡

海洋中相邻海区之间宽度较窄的水道称为海峡。海峡中海洋状况的主要特征是急流，尤其是潮流速度．．．．．．．．．．．．．．．很大。．．

海流一般具有上下层流入或流出的，如直布罗陀海峡。也有从左右侧流入或流出的，如渤海海峡等。

§1—3 海陆变迁 1.大陆漂移说

十九世纪初，德国学者魏格纳认为在大约三亿年

前(石炭纪晚期)，地球上只有一块陆地，叫作“泛大陆”，而“泛大陆”周围是一片汪洋大海，称为“泛大洋”。后来到中生代(约在二亿年前)时期，“泛大陆”开始分裂和漂移，以后久而久之，才分离成近代全球大陆和大洋的分布状况。

（1）学说主要依据：地表形态，特别是大西洋两边的地形（2）基本内容： ①漂移层序：．．．．．

轻的花岗岩(硅铝质)地壳，漂浮在较重的玄武岩(硅镁质)基底之上。

② 移动力：．．．．

由于地球自转离心力的作用和潮汐力的作用，到中生代之后，“泛大陆”就开始由东向西漂移。

（3）学说的作用：．．．．．．．．．

☆解释大洋形成原因：因漂移速度不同，．．．．．．．．．．

就分裂成几块大陆，其间就形成了各个大洋。

☆解释山脉形成原因：大陆漂移前缘，则．．．．．．．．．．．．．．．．．．受基底阻碍就被挤压，形成褶皱山脉。．．．．．．．．．．．．．．．．．（4）学说的缺陷：

☆着眼于地壳的水平运动

☆ 对引起漂移的驱动力论据还不够充分

2.对流说

1920年至1930年初，荷兰地质学家米尼

兹( Vening.Meinesz)利用精密重力仪测量海面上的重力，对资料进行综合分析后，提出了对流说。

地球内部地幔的温度比地壳温度高，地幔物．．．．．．．．．．．．．．．．．．．质呈塑性状态，能发生缓慢的对流．．．．．．．．．．．．．．．

（1）学说主要依据：海面重力资料（2）基本内容：地幔对流．．．．

对流体被地核加热后上升到地壳下面，顺着地壳下层水平流动；

当一部分热通过地壳逐渐散失后，对流体变冷下沉，如此产生地幔对流。

（3）学说的作用： ☆ 解释地壳水平运动：对流体在水平方向．．．．．．．．

流动时可以带动地壳底部，使地壳也跟着

作缓慢移动。 ☆ 解释海沟形成原因：在大陆边缘部分，．．．．．．．．

对流体下沉牵动硅铝物物质下降，形成深

海沟又叫地槽。 ☆ 解释山脉形成原因：．．．．．．．．．．

当地幔上部的热流温度达到均一时，则停止对流。而被拉向深处的硅铝物质就遭到揉皱和局部熔化，此时便逐渐上升，形成山脉，并伴随有岩浆的侵入和喷出。过一段时间后地幔物质由于上部散热和底部加热又产生温差，又开始对流，地壳运动也就又开始进行。

☆解释了地壳水平运动和升降运动的相互关．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

系，．

☆解释了地壳运动的周期性．．．．．．．．．．．．

（4）学说的缺陷：

对大陆上各种构造形态的成因未能做出很好的解释。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

3.海底扩张说（1）学说依据：

洋脊两旁地磁异常正向和逆向条带是对称的海洋沉积物的地质年龄在洋脊两侧越远越老

（2）基本内容：

① 大洋中脊是新地壳产生地带。

② 洋脊带中央部位被一个坳陷很深的裂谷分成两排峰脊，而这洋脊轴部的裂谷是地壳张裂的结果。 ③ 地幔中的物质不断从这裂谷的裂缝涌出来，并推动旧海底向两侧扩张，形成了新的海洋地壳。

④ 早期形成的海底岩石圈又在海沟地方插入地下，退回地幔下部的软流圈中，被周围的高温熔化成岩浆，造成物质

循环。

⑤ 海底扩张的半速度，即每边的速度，每年约为 l～5cm ．．．．．

⑥ 大约每二、三亿年就使洋底岩石圈更新一次．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

大洋的形成与演化过程举例：

胚胎期：东非大裂谷，抬升大陆裂谷；

[东非大裂谷] 世界陆地上最长的裂谷带。纵贯非洲大陆东部,向北延至西亚的死海——约旦河谷地，全长6400多公里。裂谷两侧陡崖壁立，谷深达2000米、谷底分布有一系列洼

地、盆地和湖泊。

幼年期：红海，扩张狭长海；

成年期：大西洋，扩张；衰退期：太平洋，收缩；

终了期：地中海，收缩并抬升；

遗痕期：喜马拉雅山的印度河，收缩并抬升；

4.扳块构造学说

(1)学说依据：许多学科的最新成果 (2)基本内容

岩石圈呈固态的薄壳漂浮在塑性的软流圈之上，在地球自转运动以及重力作用和热力作用的影响下，岩石圈产生断裂，遭到破坏，形成若干块体，这些块体就称之为板块。（3）板块划分

1968年法国地质学家勒皮顺( Lepichon)将全球岩石圈划分成六个大板块六个大板块，即太平洋板、欧亚板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块(图1一8)。大板块中可．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．划分出许多次一级的小板块。（4）板块的特点

☆每个板块基本上包括一个大陆及其相邻的海洋，只有太平洋板块几乎全是海洋。 ☆地震几乎全部分布在板块分界线附近，火山在分界线上分布也特别多。

☆ 板块的分界线一般在大洋中脊(即中央海岭)、转换断层、俯冲带和深海沟及地质缝合线处。

§1─4海底地形

海底景象千姿百态，绚丽壮观,崎岖程度不亚于陆地。海底也有高山、高原、平原和洼地等地形。

一、海岸带

海岸带就是海陆之间的界限。

水位升高便被淹没，水位降低便露出的狭长地带即是海岸带。

世界海岸线全长44×10km，

海岸带的组成：包括海岸、海滩和水下岸坡三部分

海岸：高潮线以上狭窄的陆上地带，仅在特大高潮或暴风浪时才被淹没，又称潮上带。海滩：高低潮之间的地带，高潮时被水淹没，低潮时露出水面，又称潮间带。水下岸坡：低潮线以下直到波浪作用所能到达的海底部分，又称潮下带。

海岸的基本类型：河口岸、基岩岸、砂砾质岸、淤泥质岸、珊瑚礁岸和红树林岸。

红树林的生态特性 a.胎生现象

种子还没有离开母体的时候就已经在果实中开始萌发，长成棒状的胚轴。胚轴发育到一定程度后脱离母树，掉落到海滩的淤泥中，几小时后就能在淤泥中扎根生长。未能及时扎根在淤泥中的胚轴则可随着海流在大海上漂流数个月，在几千里外的海岸扎根生长。 b.特殊根系

很多支柱根自树干的基部长出，牢牢扎入淤泥中形成稳固的支架，使红树林可以在海浪的冲击下屹立不动。 c.呼吸系统

红树林植物具有呼吸根，呼吸根外表有粗大的皮孔，内有海绵状的通气组织，满足了红树林植物对空气的需求。每到落潮的时候，各种各样的支柱根和呼吸根露出地面，纵横交错，使人难以通行。 d.泌盐现象

热带海滩阳光强烈，土壤富含盐分，红树林植物多具有盐生和适应生理干旱的形态结构。红树林植物具有可排出多余盐分的分泌腺体，叶片则为光亮的革质，利于反射阳光，减少水分蒸发。

二、大陆边缘

大陆边缘是指大陆与海洋连通的边缘地带，它包括大陆架、大陆坡、大陆基以及海沟与岛弧等。 1.稳定性大陆边缘（1）大陆架

是围绕大陆的浅海区域，指从海岸线到水深200m以

内的区间，平均深度133m，其宽度因地区而异。

大多数陆架只不过是陆地部分在水下的延伸。特点： ① 许多海洋现象都有显著的季节性变化，潮汐、波浪和海流的作用都比较强烈。 ② 是渔业和养殖业的重要场所

海水中含有大量的溶解氧和各种营养盐类，因此，陆

架区特别是河口地带是渔业和养殖业的重要场所。 ③ 可形成巨大的海底油气田（2）大陆坡

大陆架外缘陡倾斜的地区，叫做大陆坡。

特征：

4.3① 平均坡度；

②海洋状况较稳定，受大陆的影响较小；

③海底的沉积主要是陆屑软泥； ④ 底层植物极少，主要是一些食泥动物； ⑤ 有海底峡谷。

大陆坡上最特殊的地形是深切陡峭的 V字型谷，叫海底峡谷，长度可达数十公里至数百公里。峡谷一般横切大陆坡，

有的甚至切穿大陆架与现代河口相连。

峡谷成因

由于地层结构变动，地壳断裂作用在大陆坡上往往先造成巨大的裂缝，然后在强大的海底浊流和冰川的作用下，

才形成现在的海底峡谷。

（3）大陆基(或叫大陆隆)

大陆坡以外与大洋盆地之间常有比较平坦的地区，称为大陆基。

通过地球物理测量证实，许多大陆基下部，在地质历史时期曾经是海沟，后来沉积物逐渐充填了海沟，形成大陆基，

故现代的大陆基上往往没有深海沟。

2. 活动型大陆边缘 (1) 岛弧亚型

分布区域：主要分布在西太平洋，如阿留申群岛、日本群岛、琉球群岛、菲律宾群岛等。

特征：一般缺失大陆隆，以海沟-岛弧-边缘海盆地为最大特点。岛屿在平面分布上多呈弧形凸向洋侧，故称岛弧。

在岛弧与大陆之间的海域称为边缘海，因位于岛弧后方，又叫弧后盆地。海沟、岛弧和弧后盆地具有伴生联系，从而构成沟-弧-盆体系。

海沟与岛弧都不在大洋盆地中间，而是在大陆边缘分布着。．．．．．．．．．．．．．．．．

岛弧靠大洋一侧往往发育着呈长条状的巨大凹地，深度在六千米以上，称为海沟。．．．．

世界闻名的马里亚纳海沟是地球表面的最低点，达到11034m。

海沟举例: 马里亚纳海沟：11034m; 千岛海沟：10542m;

菲律宾海沟：10497m; 汤加海沟：10882m；克马德克海沟：10047m。整个大洋中共有29个海沟，其中太平洋个，大西洋个，印度洋个。．．．．．．．．．．．19．．．．．．．4．．．．．．6．．

（2）安第斯亚型

分布区域：太平洋东侧的中美-南美洲陆缘。高大陡峭的安第斯山脉直落深邃的秘鲁-智利海沟//////////////////

特征：大陆架和大陆坡都较狭窄，大陆隆被深海沟所取代，形成全球高差(15km以上)最悬殊的地带。三、大洋盆地

大洋盆地是海洋的主体，其中主要部分是水深4000～5000m的开阔水域，称为深海盆地。它约占海洋总面积的45%。 1.深海平原

深海盆地中最平坦的部分称为深海平原。其坡度小于l‰，平均深度4877m。

2.海底山

在深海平原中地形比较突出，范围又不太大的孤立高地叫海底山。

3.海峰

有一类特别突出的海底呈锥状，且比其四周海底高1000m以上，有的隐没于水下，有的露出海面，称为海峰。太

平洋中的冒纳罗亚火山海峰，海拔标高达4205m，若从海底算起，它的高差达9000多米。

海峰大多数都是火山形成的。有的海峰基座是火山成因的，而上部是由生物碎屑灰岩组成的。 4.海底平顶山

有一部分海底山顶部被海浪作用削平，称为海底平顶山。

5.海盆、海槽

在大洋盆地中还有一些负地形，如海盆、海槽等。

面积大而形状多少带盆状的洼地．．．．．．．．．．．．．．叫海盆；．．．．

若长而宽，且两侧坡度平缓的海底．．．．．．．．．．．．．．．

洼地叫海槽。．．．．．

四、大洋中脊定义：

大洋底部很重要的地势特征是呈线状分布的，具全球规模的海底隆起，它像屹立在大洋底部的巨大“山脉”，延伸四大洲，连绵数万里，称为洋中脊或洋脊。

形状：大洋洋脊的中央顶部的两个脊峰之间有一个深陷裂谷，深度可达1000～3000m，宽度可达十公里以上，称为中央裂谷。

被一系列的横向断裂错开，错距可达数百公里以上；

突出海底的高度达2000～4000m，宽度在数百公里以上特点：洋脊上有火山、地震活动，还有很高的热流值。大洋中脊扩张速度：五、无震海岭

大洋盆地中还有一些比较开阔的隆起区，高差不大，顶部有较小的起伏，没有火山和构造活动，是个比较宁静的地区，称为海底高地或海底高原。若分布是呈长条状的，则称为海岭。

1.无震海岭与大洋中脊的区别： (l)其轴部无中央裂谷；

(2)无横断海岭的转换断层；

(3)现代火山局限于海岭的一个端点；

(4)无地震活动或仅有火山活动引起的微弱地震。

因为这类海底火山山脉最大的特点是无地震，故称作无震海．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．岭。．．

2. 无震海岭实例

北太平洋天皇-夏威夷海岭是无震海岭的典型实例。天皇海岭几乎全在水下，整体呈西北偏北向

天皇海岭在屋久海山附近发生转折，转折后的这段称为夏

威夷海岭，海岭上出露的岛屿即为夏威夷群岛(图1—13)。

海岭上火山的年龄由西北向东南具有依次变新的规律性。 3. 热点-地幔柱假说

为了解释无震海岭的成因，提出了

热点-地幔柱假说

(1)热点假说

热点是指板块内部现代火山活动的小区域; 热点相对于地球自转轴是固定的;

热点处的岩浆烧穿岩石圈板块，于其表面形成火山;

先形成的火山随板块运动移出热点，停止活动成为死火山; 在后面热点处又生成新火山;

形成一串沿海底扩张方向分布的由新到老的死火山链。这种火山链位于稳定的板块内部，无地震活动，往往被称为无震海岭。

据研究，天皇—夏威夷海岭就是由热点火山作用形成的，

(2)地幔柱假说

地幔柱是指源于地幔深处呈圆柱状涌升的热地幔物质流。

炽热的地幔物质向上运移，导致岩石圈下物质的盈余，把上覆岩石圈向上拱起，在地表形成巨大穹隆，

地幔柱的直径可达200～300km，甚或更大。

地幔柱导致的物质盈余引起正重力异常。并在地表出现高热流值。

热地幔柱的涌升不断向上地幔乃至岩石圈之下输送热量、质量和动量，在烧破岩石圈的地方便成为热点。热点的岩浆直接源于地幔柱。．．．．．．．．．．．．

全球识别出并经过严格检验确认的热点──地幔柱总共20多个大部分位于板块内部。

4.地幔柱一热点在研究板块运动学和动力学中的意义

①地幔柱──热点可作为确定板块绝对运动的参照系统; ②无震海岭代表板块绝对运动的方向； ③可求得当时板块绝对运动的线速度。

根据海岭上火山岩的年龄以及经过测年的火山之间的距离，以求得当时板块绝对运动的线速度。

§1─５海底矿物资源

一、滨海砂矿

分类：非金属砂矿、重金属砂矿、宝石及稀有金属砂矿

据统计，滨海钛铁矿产量占世界铁砂矿总产量的26%、锡砂占70%、独居石占80%、金红石占98%、金刚石占90%、锆石占96%。

中国是世界上滨海砂矿种类较多的国家之一，矿种多达60多种，总探明储量达数亿吨。具有工业开采价值的主要有钛铁矿、锆石、金红石、磷钇矿、铌铁矿、钽铁矿及石英砂等。

二、海底石油和天然气

1.石油的成因

(1) 动植物遗体被埋葬

江河带来的大量泥砂不断堆积在海盆、湖沼底部，一些动植物遗体也随之一起被埋葬。 (2) 形成有机质

生物遗体的分解使泥砂富含有机质而成为有机腐泥。

(3) 有机质转变成各种碳氢化合物的混合物——原始油气

由于沉积物的不断加厚，使温度和压力逐渐增高，再加上细菌、催化剂、放射性物质的作用，这些有机质就可逐渐转

变成各种碳氢化合物的混合物，即原始油气。

(4)原始油气迁移，遇储油岩层，形成油气藏

原始油气呈分散状态，会向孔隙和裂缝多的岩层中迁移，只要油气来源充足，又具备孔隙度良好的储油岩层以及阻挡

油气不致散失掉的盖层或圈闭条件，经过一段漫长的时间就能够形成有经济价值的油气藏。

2.我国的海上石油概况

中国沿海有广阔的大陆架，沉积层厚达数千米，估计油气储藏量可达数百亿吨，很有希望成为未来的“石油之海”。

目前中国近海已发现的大型含油气盆地有七个，它们分别是渤海盆地、南黄海盆地、东海盆地、台湾浅滩盆地、南海珠江口盆地、南海北部湾盆地和南海的莺歌海盆地。

东海石油储量约250亿吨,现有平湖油田、春晓油田、天外天油田. 三、磷钙石和海绿石磷钙石又称磷钙土，是一种富含磷的海洋自生磷酸盐矿物，它是制造磷肥、生产纯磷和磷酸的重要原料。．．．

海绿石是一种在海底生成的含水的钾、铁、铝硅酸盐自生矿物，一般呈浅绿、黄绿或深绿色。可以从中提取钾，也．．．

可用作净化剂、玻璃染色剂和绝热材料。 090910

四、锰结核和富钴结壳 1. 锰结核的成份

锰结核含有30多种金属元素，其中的铜、镍、钴、锰、钼都达到了工业利用品位 2. 锰结核的储量

仅太平洋，在表层lm厚的沉积物中，结核就有1万多亿吨，可提取锰2×lO11t、镍90×lO8t、铜50×lO8t，钴30×lO8t。另外，结核中还有含量很高的分散元素和放射性元素，如铍、铈、锗、铌、铀、镭和钍等。 3. 锰结核的成因

锰结核的成因是个复杂的问题；至今仍未有公认的见解。

4. 锰结核的分布

根据丰度，可划分出15个锰结核富集区。 5. 富钴结壳的成分、矿藏位置

成分:富钴结壳含有锰、铁、钴、镍、铅、铜、钛、铂、钼、锌、铬、铍、钒等几十种金属元素，其中钴含量高达2％，

比锰结核中钴的平均含量高3～5倍。

矿藏位置:生长在海底硬质基岩上的“壳状”沉积物。

产于海山、海岭、海底台地的顶部和上部斜坡区，局限于赤道附近的低纬区。以太平洋海山区最富集。

五、海底热液硫化物 1.成份

富含铜、铅、锌、金、银、锰、铁等多种金属元素 2. 矿藏位置

常与海底扩张中心热液体系相伴生。 3．成因

海水沿裂谷带张性断裂或裂隙向下渗透，被新生洋壳加热，形成高温(可达350～400℃)海水。高温海水从玄武岩中淋滤出大量多种金属元素，当它们重返海底时与冷海水相遇，导致黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等硫化物及钙、镁硫酸盐的快速沉淀。

６

已发现多个质量超过1×10t的矿点。热液活动区往往发育有大量不靠太阳能而靠热液营生的自养型深海底生物群落。 4.类型

a.层状重金属泥. 以红海最典型，称为“红海型”

在红海中央裂谷带已发现20多个热卤水池和重金属泥富集区，其中以阿特兰蒂斯Ⅱ号海渊最有经济价值，金属储量至少有94×106 t。

b.块状多金属硫化物. 主要产于洋中脊的裂谷带，称“洋中脊型”。

图1-23海底热液活动区的“烟囱状”矿体

六、天然气水合物

1.成分

是由碳氢气体和水分子结合而成的冰晶状固体化合物。

因95%以上的天然气水合物由96.5%的甲烷和3.5%的水在低温高压条件下被冻结成固相，故又称固态甲烷或甲烷

水合物。

1m的天然气水合物可释放出150m的甲烷气。 2.形成及维持固态的条件

天然气水合物一般在温度小于4℃(指深海沉积层的温度)、有机质较丰富、压力较大的沉积物中形成。在温度小于10℃、压力大于10ＭPa的条件下得以保持其固态

海底以下数百米至1000m的沉积层内的温-压条件能使天然气水合物处于稳定的固体状态。 3.储量

具有形成天然气水合物的海域大致为4×107km2：约占世界海洋总面积的10%。

14153

至1996年在世界海域已发现有57处产地，估计储量为10～10m，是世界天然气探明储量的10多倍，天然气水合物将是21世纪人类的新型能源。

第二章海水的组成及声光特性

§2—1海水的组成

一.海水的成分

1.主要化学成分（占99.9％以上）

a. 5种阳离子(＞1mg/1kg):钠、镁、钙、钾和锶等

b. 5种阴离子(＞1mg/1kg):氯、硫酸根、碳酸氢根(包括碳酸根)、溴和氟等 c.

2．恒比关系

1819年，A.M.乌赛分析了大西洋、北冰洋、黑海、波罗的海和黄海等14个海的浅水水样，发现Mg

硼酸分子

微量元素：至今已分析出80多种微量元素

、Ca

、Na、

Cl、So等5种成分在不同水样中的含量虽不相同，但它们在每一水样中的比值是近似守恒的

恒比关系是指Mg

二、海水中的溶解氧

表层海水与大气接触，溶解有充足的氧气

在几千米的深海中也不缺乏氧气，是深海环流把表层的富氧水带到深层的结果。如果没有深海环流，仅表层水有充足的氧气而深层缺氧则海洋水会变成污水。

4、Ca

、Na、Cl、SO4等5种成分之间有近似的恒比关系。



1.生物活动对海水中氧的影响

海洋植物在光合作用中产生氧气，而在呼吸作用中消耗氧气。海水表层氧含量最大

在浮游植物密集的地区，表层海水氧气含量，最大值出现在下午2～3点，最小值在夜间2～3点。

通过这种变化量的大小可以估计生物生产氧的量，从而换算成为单位时间、单位面积水体产生有机碳的量，叫做初级生产力。

在近表层光合作用大于呼吸作用，随着深度的增加，光合作用减弱，呼吸作用增强。在某一个深度下，溶解氧的生产量恰好等于消耗量时，该深度称为溶解氧的补偿深度。 2.海水中的生化需氧量、化学耗氧量

海水中的氧气消耗主要用于有机物的分解。

生化需氧量(BOD)：是在需氧条件下水中有机物由于微生物的作用所消耗氧气的量。

化学耗氧量(COD)：向水体中加入一定量的氧化剂(如KIO3，KMnO4),把氧化后消耗氧化剂的量换算为氧的毫克数。对于受到陆地污染的近岸水，这是两个有用的指标。

§2—2 海水的盐度

盐度的定义：

l kg海水中的溴和碘全部被当量的氯置换，而且所有的碳酸盐都转成氧化物后，其所含的全部固体物质的总克数(以‰表示)。

盐度的测定: 1．用化学法测定

（1）直接测定

海水+盐酸+氯水，加热烘干，480℃恒温干燥48h MgCO3+2HCl→MgCl2+CO2↑+H2O Mg（HCO3）2+2HCl→MgCl2+CO2↑+2H2O

加热 Mg(OH)Cl+ HCl↑

加热MgO↓+ HCl↑

Mg(OH)ClMgCl2+ H2O

2Br+ Cl2→2 Cl+ Br2↑ 2I+ Cl2→2 Cl+ I2↑

称量全部固体物质的重量得海水的含盐量

（2）间接测定依据：恒比关系

方法：用硝酸盐滴定法测定氯度

测定要求：需要一种标准海水

在采用化学滴定法测定海水样本的氯度时，需要一种标准海水，它的氯度值为19.375×10

35.000×10

33，其对应的盐度值为

。

盐度的计算

先确定氯度，然后计算出盐度值，计算经验公式 S‰=0.0 30+1.8050cl‰ 2．用电导法测定（实用盐标）

（1）定义

实用盐标是指温度为15℃和压力为1个标准大气压(101325Pa)下，海水样品的电导率与标准氯化钾溶液(它所含KC1的质量比为32.4356×10

3)的电导率之比值为

K15(s,15,0)KCl(32.4356,15,0)

当 k15=1， S=35； k15≠l，

SaaKaKaKaKaK1/23/22011521531541555/215

a35.000（当2≤S≤42时有效）

i1i5（2）特点 a.不依赖于氯度

b.比化学法测定计算的值大1000倍

盐度最小的海：波罗的海波的尼亚湾 3

死海快要死了

死海长80公里，宽处为18公里，表面积约1020平方公里，水面平均低于海平面约400米，最深处400米。死海是世界上自然资源最富有的地区之一，它拥有丰富的氯化钠、氯酸钾、氯化镁等资源。同时，它还蕴藏着石油，以色列和约旦正在死海湖底进行石油勘探的活动。

死海并不是海，而是绵延80公里的内陆湖。

死海死气沉沉。除了少数生命力极强的微生物和成千上万名游客，没有什么东西能在这里长久生存。

有趣的是，几乎是所有生物克星的死海，它的海水却以神奇的治病功效名扬天下。死海中水的比重是1.17~1.227，而人体的比重只有1.02~1.097，水的比重超过了人体的比重，以至于人在水中不会沉没。许多风湿病和皮肤病患者都肯定了死海海水的疗效。

为了制止死海的死亡，约旦拟在死海和亚喀巴湾之间修建一条运河，以补充死海丢失的水分。

§2— 3 海水的声学特性

一、声速的变化规律

1. 2. 3.

声速随温度降低而减小声速随盐度增加而增加声速随压力增加而增加

盐度最大的海：死海表面：227～275 40米深处：281

二、声波传播特性

声波的波长与大洋的深度相比较小,可像光学一样用射线的概念研究声波的传播声波穿过具有不同声速的水层产生折射和反射,与光学中类似,服从折射定律折射后的声线向具有较小声速的水层方向弯曲. 1．正速度梯度上抛传播

深 i γ c1 度 c 声波传播方向变化趋势 2 （上抛传播）

声速沿垂直方向分布（正速度梯度）

２．负速度梯度下抛传播

c i 1 深度 γ c声波传播方向变化趋势 2 （下抛传播）声速沿垂直方向分布（负速度梯度）

三、声道

声波传播的路径叫声道

１．表面声道

条件：冬季；浅海。两个混合 a. 对流混合

温度↓、盐度（蒸发）↑→密度↑→对流↑ b. 湍流混合（风、浪、流产生速度梯度，上大下小）

t p c h h h 温度压力声速传播方向上下相同上小下大上小下大上抛

２．水下声道

度分布压力分布声速分布水下声道 3．声道位置

大西洋：中纬度地区，1260m左右，（800m以深，冷水区）太平洋：中纬度地区，900m左右，（800m以深，冷水区）

四、声速垂直分布实测曲线１．深于1500m的8个站声速随深度的分布是一致的２．

浅于1500m的水层，各站的变化规律都不相同

五、声波在海水中的传播特征

1.声波折射、反射

声波在不同水层处发生折射；

声波遇到海面时发生反射。

2.声线分裂

声线于声速由正速度梯度变为负速度梯度的水层发生分裂，产生声影区，在声影区听不到声源发出的信息

3.声波在深水中传播的会聚区

温

在距声源的不同距离处，声线有许多会聚区。在大洋中大约每隔30～40km出现一个会聚区，其强度会逐渐减弱，但波能传播较远。090912

4.声波在海流中传播

声波在海流中传播时，顺流使声速增大，逆流使声速减小。利用这一现象，在两个定点之间相对发出信号，测量声波到达的时间差，就可以求得海水的流速。

5．声波在海底沉积物中传播用于测定出海底分层结构

传播速度与沉积物的平均粒径和它们的孔隙率的大小有关。

一般说海底物质的密度愈大，声速愈高，反射损失愈小，反之则损失愈大。

§2—4 海水的光学特征

一、研究海水透光的意义 1.了解某些植物的分布深度 2.选择最适宜的浅海养殖地点 3.海底地质地貌拍摄照片 4.研制非声学的水下探测工具二、光的吸收蓝光被吸收最少红光被吸收最多

离岸越近光能被吸收越多吸收公式

dI＝－βIdz 三、光的散射 1.散射微粒的半径小于波长

散射系数与波长的四次方成反比，这种散射称为分子散射。雷莱定律：波长较短的蓝色光比黄色和红色光散射强烈。

当白光通过干净的大洋水时，散射光呈蓝色。所以，大洋的颜色呈蓝色 2. 散射微粒的半径大

散射系数与波长的平方成反比。

此时蓝光的散射仍然较其它波长的光来得强烈。 3．散射公式

dI＝－SIdz 式中 S称为散射系数。

四.光的衰减

衰减规律：

II0ez 2—1

为衰减系数，它等于吸收系数和散射系数之和：=β+S。

由图看出：

(l)含有浮游生物的海水，衰减系数比纯海水大；

(2)纯海水(曲线l)，波长大于0.58μ的光波，衰减系数显著地增大;

(3)含有浮游生物的海水(曲线2)，绿光部分衰减系数最小，这表示在绿光处

海水有一“透明窗”存在。

五.透明度

透明度是表示海水能见程度的一个量度。．．．．．．．．．．．．．．

1.直接测量法： (1) 测量方法

用直径为30cm的白色园板(透明度板)，垂直沉入水中，直至刚刚看不见的深度。测出的是相对透明度 (2)优点：简便、直观

（3）缺点：

a.测量的结果不太准确该方法受海面反射光的影响，受观测者眼高的影响，还与眼的近视程度有关。因此，测量的结果不太准确。．．．．．．．．．．．．．．．．

b.只能测到垂直方向上的透明度

透明度板只能测到垂直方向上的透明度，不能测出水平方向上的透明度。 2. 仪器测量法

(1) 测量原理

一准平行光束在水中传播一定距离后，其光能流与原来光能流之比。即

T

2—2

比较式

II0ezIT与

I0得

Tez 2—3

（2）数据处理

由T可算出, 由可算出L（衰减长度）=1/，L与园板透明度的数值大体相当。六.水色 ☆海水颜色

由海水的光学性质以及海中悬浮微粒的颜色所决定，称为水色； ☆海面的颜色

取决于海面对光线的反射，因此它与天空状况和海面状况有关。 ☆大洋海水颜色多为蔚蓝

悬浮物较少,颗粒也很微小，其水色主要取决于海水的光学性质悬浮物较多,颗粒较粗，海水的颜色主要取决于悬浮物的颜色。 ☆沿岸海水多为绿色．．．．．．．．．

由于悬浮物质增多，颗粒变大，根据大微粒对光线的选择吸收和选择散射的性质，可知其水色多呈浅蓝和绿色。 ☆水色测定的方法．．．．．．．．用比较法确定，1～21号，号码愈大，水色愈低

在阳光不能直接照射的地方，观察沉入海中的透明板上部海水所显示的颜色。七.水色与透明度的分布

水色高→透明度大，水色低→透明度小。．．．．．．．．．．．．．．．．．

在浅海，泥沙多，混合强烈，水质肥沃，生物繁殖较大洋发达。因此，浅海的水色较大洋为低，透明度较大洋为小。．

渤海透明度最小，大都在5m左右，仅中央海区可达10m，近岸不足3m。在黄河口则只有1～2m，有时甚至低到不及半米。

黄海透明度较大，中央海区可达15m以上，大多数地区在5～15m之间，以10m占据的范围较大。东海沿岸透明度在6～10m左右，长江口附近较低，3m或3m以下。

东海中部透明度较大，15m左右。黑潮主干地区均在20m以上，最大可达30～40m。南中国海大部分地区透明度在20～30m之间，沿岸区域较小，只有5m左右。透明度最大的海：马尾藻海，透明度深达66.5米，个别海区可达72米。马尾藻海以生长的马尾藻得名。没有海岸，是“洋中之海”

藻海是海上荒漠和船只坟墓。在这片空旷而死寂的海域，几乎捕捞不到任何可以食用的鱼类。马尾藻海远离江河河口，浮游生物很少。

马尾藻海是大西洋中一个没有岸的海，大致在北纬20～35°、西经35～70°之间，覆盖大约500～600万平方千米的水域。马尾藻海是一个终年无风区。在蒸汽机发明以前，船只只得凭风而行。那个时候如果有船只贸然闯入这片海区，就会因缺乏航行动力而被活活困死。

§3—1 风和气压

一、海平面气压场

第三章风及风的作用力

海平面气压场的9种主要形式：

低压；高压；低压槽；高压脊；低压带；高压带；副低压；副高压；鞍形区

二.风向和风力等级表 1.风向：是指风的来向

2.风的分级（表3—1）

共18级，蒲福风级表13个风级，后补充了5级 12级风:32.7～36.9 m/s

17级风:56.1～61.2 m/s 龙卷风：风速可达100、200 m/s

§3—2 大气环流与风系

一.大气环流和世界风带

1.大气环流 2．风带的分类 ① 副热带高压带

在南、北纬30°附近，纬度圈缩小，空气堆积下沉而形成 ② 副极地低压带：

南、北纬60附近,副热带流与来自极地的气流汇合上升而形成

③ 信风带

北半球吹东北风，南半球吹东南风，风速不大，风向稳定 ④ 赤道无风带 ⑤ 盛行西风带

北半球吹西南风，南半球吹西北风，风速较大，风向不稳定 ⑥ 副热带无风带 ⑦极地东风带

二.影响我国近海的主要风系 1.季风

（1）季风规律

冬季风从陆地吹向海洋，夏季风从海洋吹向陆地（2）我国的季风情况

10月至次年3月盛行偏北风； 6月以后盛行偏南风；

4、5月和8、9月为季风转换季节。

2.寒潮大风

（1）寒潮的特征

持续3～5天，24小时内降温10℃以上，且最低气温为5℃以下。

（2）寒潮的路径

a.从我国西北进入，经西北到华中，向沿海前进，直达南海；．．．．．．．

b.从蒙古人民共和国进入我国内蒙，经华北向华东沿海前进，并影响东海；．．．．．．．．．． c.经西伯利亚东行到我国东北南下，经渤海、黄海、直到东海。．．．．．．．．．．

寒潮过境时常出现强大的偏北风。 3.台风 (1)台风的定义：

台风是作急速逆时针旋转的低压涡旋。 (2)台风的分类：

a.按风速分： ☆热带气旋——最大风速10.8～17.1m/s(相当风力6～7级); ．．．． ☆台风——最大风速17.2～32.6m/s(相当风力8～ll级)；．．

 ☆强台风——最大风速大于32.6m/s(相当风力12级以上)。．．．

b.按路径分：

☆西行台风 ☆登陆台风

☆ 转向台风

副高脊的月平

500hPa西太平洋均位置

（500hPa指的是:约为5880米高度的气压)

副热

每年热带气旋发生年热带气旋发生数及占

§3—3风压计算

数及占全球热带气旋总数百分的区域分布图每全球热带气旋总数百分的区域分布图带高压对热带气旋移动的影响

一.设计风速

1. 工业与民用建筑结构及港口工程标准采用10．．m．高．处30．．年一遇．．．的自记．． 10．．分钟．．平均最大风速 2．铁道部门标准

桥涵建筑采用20m高、百年一遇自记10分钟平均最大风速。 3. 石油工程建筑标准（尚无国家标准） a.高度：海面上10m左右

b.时间：10分钟，一般条件；1分钟，极端条件 c. 重现期：30年；50年 090917

二.关于风压的几个概念

1. 风压的作用：产生水平推移力、倾覆力矩 2.准静态荷载

把风的长周期变化成分，当成准静态荷载。 3.准动态荷载

把能量很少的短周期变化部分，当成准动态荷载。 4.稳定风压

是指在一定时间间隔内，将风的速度和方向都看作是不随时间而改变的量作用在建筑物上所产生的力。5.脉动风压

由脉动风速产生的风压称为脉动风压. 三.稳定风压计算公式 1.伯努利方程

p+0.5ρv2

=C 3—1

2. 讨论 (1) 总能量不变

不可压缩流体在流动中总能量不变，即流体的压力能与动能之和为一常数。 (2) 0.5ρv2

项为动压

v=0时，流体的压力最大，用 P0表示。 (3) 总压P0不变

（3—1）写成如下形式：

p+0.5ρv2=p0 3—2 或 0.5ρv2

= p0－p 即流体的动压等于其总压与静压之差．．．．．．．．．．．．．．．

。

（4）密度ρ与重度的关系

＝ρg 3— 3

3.基本风压P0 式( 3—2)可改写为：

0.5v2

/g= p0－p 3—4

(1)基本风压公式为

P0= P—P＝0.52

v/g 3—5

0.5/g称为风压系数，常用 K表示。

(2) g的计算

g =g0+gz 3—6

从表3—2中查取

gz：取近似值，即每上升1000m，从g0的原有值中减去3／10000。

φ(度) g0(cm/S ) 20 978.0 10 978.2 20 978.6 30 979.3 40 980.2 50 981.1 60 981.9 表3—2海平面上各纬度的重力加速度g0

(3)

的计算

1.2936138P0.378e() 3— 7 =

10.00367t760一般都用年平均空气重度。 e：为绝对湿度

4.风压系数的确定

东南沿海：K=1/17 内陆：1/16～1/26 一般：

北纬45°,1at.;15℃,=1.2255kg／m，g= 9.8m/s 则

32P0

12255.122=v= v 3— 8 29.816 5.海上基本风压计算

乘风压增大系数例如，v= 25.7m/s，距岸约为30公里,则

1225.72

P v=0=

1616

=40.97kg/m

2查表3—3得风压增大系数1.3，有

0=40.97×1.3＝52.26kg／m

表3—3 海上风压增大系数距海岸距离/km 海上与陆上风压比值＜2 ＜1.2 2～30 1.2～1.3 30～50 1.3～1.5 50～100 1.5～1.7 ＞100 由资料定 6.作用于建筑物上的风压计算公式

P＝kk P0 (3— 9)

z2式中

P—风压，kg/m

；

k—建筑物的风载体型系数，其值如表( 3-4)所示 kz—风压高度变化系数，其值如表( 3-5)所示。

表3—4 k值表形状圆柱形船身甲板孤立的结构形状（角钢、槽钢、梁）甲板下面积（平滑表面）甲板下面积（暴露的梁及架）钻机井架的每一面

7.脉动风压计算

k 0.5 1.0 1.0 1.5 1.0 1.3 1.25 ≤2m 5 m 10 m 15 m 20 m 30 m 表3—5风压高度变化系数kz 0.64 0.84 1.0 1.10 1.18 1.29 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m 100 m 1.37 1.43 1.49 1.54 1.58 1.64 P=βP0 3—10

β= 1十Kd

Kd=ξη

§3—4 我国各海区的基本风压

一、

资料来源

1.船舶定时观测并拍发电报; 2.探空仪观测记录。二、三、

海区划分

划分为15个小海

设计风速建议值设计风速值(见图 3—9a)。

换算公式：v10＝0.83v1

采用V10＝0.83V1将30年一遇1分钟平均风速换算为10分钟平均风速，得一般条件下的设计风速建议值(图 3—9b)。

§3—5 风对建筑物的作用力

一、

作用力 1.风压

迎流面:正向风压，背面: 负向风压(吸力)。

12v 3— 12 2g2、拖曳力FD

FD=

PCDAp

FD＝

3、升力

v22gCDAP

L=CLv22gAP

4.横向力

4.倾覆力矩

二、CD和CL的确定。

1. 不同横断面形状（细长构件）的CD和CL

矩形板：λ＝∞， CD=1.96～2.01

λ＝20， CD=1.42

λ＝5， CD=1.2 λ＝1， CD=1.12

λ为构件长度与断面尺度之比

组合型构件的CD 29

圆形构件

FD=p×CD×AP ///// 3— 16 e/h :宽深比

AP／Ag:相对受风面积

3.缆索的 CD及C

θ→ 缆索所受的FD与F

L为:

F7D=2.133cdv

2CD10(千磅) 3— 17

F= 2.133cdv2L CL103 (千磅) 3— 18

中，C为缆索的弦长 ft

d为缆索的直径in

v为缆索中间高度处的风速n mile／h

4. CD随雷诺数Re的变化 Re反映了流体的紊动程度 Re=vD/υ

式中，D为构件的尺度；v为风速；υ为空气的运动粘滞系数；

1at.,15℃，υ=0.147×104m2／s。

Re接近0.5×106的区域时，CD有锐减的趋势。 5．形状复杂的重要构件的CD

风洞试验测量作用力,再换算出该结构的 CD值。

第四章海水运动的基本方程 §4—1海水受力分析

一、受力分类：

1. 引起海水运动的力

重力、压强梯度力、风应力、引潮力等； 2. 海水运动派生出来的力

科氏力，摩擦力等。

二、重力和压力(地势梯度力和压强梯度力)

1.地势

逆重力方向移动单位质量物体到某一高度所做的功

≈gz 或d≈gdz

2. 地势梯度力d

/dz=g

方向：垂直向下

等势面：联结重力势相等的面叫等势面 3.压强梯度力G:单位质量海水所受静压力的合力

Gdpdp 11dzdz P 压强梯度力海水水体 dz

等压面：海洋中压力处处相等的面称为等压面两等压面之间的距离： g 重力(地势梯度力)

dzdpg

两等压面间的密度越大，则其距离越小

G的方向：与等压面垂直；永远指向压力减小的方向。 G值的量级

相当于无摩擦时，物体在lcm:1km斜面上所受的力.

正压场：等压面与等势面平行的压力场称为正压场

斜压场：等压面相对等势面发生倾斜的压力场称为斜压场。

(a) 正压场 (b) 斜压场

内压场: 仅由ρ分布决定的压力场.

外压场: 由海面上的风、降水、江河径流等原因所产生的压力场总压场: 外压场迭加在内压场之上

海洋上部: 斜压场某深度以下：正压场

G的一般表达式

1dp

Gndn

1或

Gp



xiyjzk

分量形式:

G1p1p

xxG ;

yy G1p;

zz

三.科氏力

1. 地球表面的线速度差平均角速率ω＝7.292×10

5rad/s；

曾母暗沙(4°N)： 462m/s；漠河(53°25′)： 276m/s；北极： 0 m/s 2. 傅科摆

1851年傅科在67m长的钢丝下挂一个28kg的铁球组成一个单摆，他利用摆平面的转动成功地证明地球在自转。傅科摆摆动周期为

Tfsin ω: rad/s；

北京天文馆： 9.6°/h，约230°/d

2南北两极: 360°/d

TE

TE:地球自转周期， 86164s,称为一个恒星日也就是地球相对某一无限远的恒星自转的周期。

3. 科氏力的解析表达式

（1）考虑特定情况：沿地球表面东西方向运动的水质点水质点静止：它受到离心加速度是V2

/r；V/r=ω， ω是地球的角速度ω=224h或7.29105/s。

r是地球面到地轴的垂直距离。

质点朝东以u的速度为，受到的离心加速度：

(Vu)2V22Vuu2rrrr质点运动产生附加的离心加速度：

(Vu)2V22Vuu2u22u2u rrrrr上面方程中，在数量级上第一项比第二项大1 000倍，这最后一项小到可以忽略。所以，第一项就是科氏加速度。

090919

科氏加速度的方向与地球自转角速度的方向和海流的方向满足矢量叉乘规则，数值乘2。

F2u2usin2u

（2）考虑一般情况

Uuivjwk

coscosicossinjsink

ijvkw

F2U=2

ucoscoscossinsin

：一般取为90°

通过坐标平面与地表的切点P的径圈与x轴的夹角,

取x—y平面在海面上，x向东为正，y轴向北为正，z轴指向上方。科氏力的各分量为

Fx2sinv2cosw

Fy2sinu

忽略与w有关项，简化为：

由于w很小，

Fx2sinvfv

Fy2sinufu

式中

f2sin，称为科氏参量。

4.科氏力的作用:

(1) 作用于运动物体前进方向的右方相垂直的方向上，只改变其方向，不改变速度。 (2) 在北半球使大气低压系统形成逆时针方向的环流， (3) 在河流流动方向的右岸施加附加压力,使得右岸易受冲刷。

四、摩擦力

1.风对海水的作用力：

TAC2ava

2.单位水平面积上的切应力

Tdvdz

：海水粘滞系数

△z

3. 体积摩擦力：是指作用于立方体相对面上的切应力之差。设海水只有x方向的运动，则作用于该立方体的力为：（T1-T2）△x△y 4.单位体积摩擦力：

（T1-T2）△x△y/（△x△y△z）=（T1-T2）/△z

FdTd2v

dzdz2

5.涡动摩擦切应力

TAdvzdz

6. 单位体积涡动摩擦力

Fddv

dz(AZdz)

 的量级：10-2 ～10-3

Az的量级：102

故：一般只考虑涡动摩擦力

§4-2 海水运动方程

一、流体静力学方程

静止的海水微团受到的压强梯度力和地势梯度力相平衡。即 G=－1dp dz 压强梯度力 p 海水水体 dz

g 重力(地势梯度力)

g  p+dpdp 1 dp dz 

dzg

二、连续方程

单位时间内所取空间海水质量的增加量 dVVt 单位时间内进入所取空间海水的质量

unds

s 运用质量守恒：

tdV+

unds=0

Vs运用高斯定理

dV+(U)dV=0

VtV即：

t(U)0 （4-5）

xiyjzk Uuivjwk

若密度不变，有

t0 ；(U)U=0；U0

u xv

ywz0 这就是不可压缩流体的连续方程三、动量方程

UU(x,y,z,t)

DUDt1p2ugF

外力

DdDtdt

第一项:压强梯度力; 第二项: 科氏力; g为重力;

F外力:其它外力的合力。

方程式的物理意义是：总惯性力与总外力相平衡。 Fx2sinv2cosw; Fy2sinu ;Fz2cosuGp

11px ; Gy ; G1pxyzz 分量的形式为： x方向：

DUdudtu

Dttudxudyudzxxdtydtzdt uuu tuxvywuz uutuxvuywuz1px2(vsinwcos)Fx y方向: 37

vvvv1puvw2usinFy

txyzyz方向:

wwww1puvw2ucosgFz txyzz第五章

海浪

§5— 1 海浪的类型

一.海浪要素

海浪是发生在海洋中的一．．

种波动现象,又称波浪海浪要素：

周期： T= λ/c 频率 f=1/T ．．

波陡δ：δ=波高/波长

深水中δ≯1/7，

波峰线：通过波峰且垂直于波浪传播方向波向线：垂直于波峰线二.海浪运动机理

深水：水质点以近似于圆形的轨道作圆周运动/////

运动半径：随着水深的增加而减小

h=λ/2时; r↓→4% r0（r0=a）

浅水：（ h＜λ/20）运动波及海底。

三.海浪的分类

1.按海水深度分

深度深: 表面波（深水波）：h↑→r↓ 深度浅: 长波（浅水波h＜λ/20）运动波及海底。

2.按周期

3.按生成原因分：．．．．．．．

风浪、潮波、海啸 4.按受力情况分：自由波：涌浪

受迫波：潮波

5.按波形前进与否分：进行波；驻波。 6.按边界条件分

① 微小振幅波 H/λ很小， H可忽略所有运动方程式都是线性的。 ② 有限振幅波：H不可忽略 a.斯托克斯波有“质量运移”

b.孤立波 H/λ＜1/10; 运动集中在波峰附近

c.摆线波

7.内波

§5— 2 海浪的形成一.海浪形成假说

(1)形成毛细波

(2)风以法向压力形式给波浪传递能量

(3)空气小涡流加强了水质点的运动

(4) 波长较短的波由风取得能量转给波长较长的波二、海浪的消衰

1.分子粘滞性消耗的能量 2.涡动消耗能量 3.空气的阻力

4.海底摩擦 5.波浪破碎

三.海浪的状态

1. 海浪三要素风速：

风时：状态相同的风作用的时间风区：状态相同的风作用的海区风大不一定浪大．．．．．．．

2.定常状态

风区一定，海浪达最大；风区增加，海浪高度增加；风区是限制因素。

3.过渡状态

风区一定，海浪未达最大；时间增加，海浪高度增加；风时是限制因素。 4.海浪的充分成长状态能量收支平衡；海浪达最大；

风区、时间增加，海浪高度不增加。

5.判断海浪状态的标准

a. 最小风时成长至最大海浪所需的时间；

未达最小风时：过渡状态

b.最小风区成长至最大海浪所需的风区。

达最小风时，未达最小风区：定常状态

最小风时、风区均满足：充分成长状态四. 涌浪

离开风区的海浪称为涌浪 1.涌浪的特点： (1)波长小的浪衰减快

(2)传播中涌浪的周期和波长都在增加

原因：选择消衰作用，使周期小的波消衰得快. (3)波长比波高大40～100倍；先头涌可达1000倍以上有时是台风来临的征兆

(4)传播距离远:可达10000公里以上

g2. 涌浪传播速度：

C2

3.涌浪波高消衰原因

(1) 粘滞性消耗：空气的阻力和海水的涡动粘滞性消耗 (2)离散：各个波的波速不同而引起； (3)角散：侧向散开

五. 观测到的大洋中的最大海浪

北太平洋：波高34m，周期14.8s，波速为28.3m/s 印度洋：观测到24.9m的波高；及波长超过350m的风暴波大西洋：观测到波长824m，周期为23s的大浪，其波速达35.8m/s。

090924

§5— 3 海浪波动方程

一. 海浪的波形

1.基本方程

asin(kxt) 5— 1

2周期 T =

；

23.波长 λ=

k；

4.波数k ， 2π距离内波的个数；

圆频率σ： 2π个单位时间内的振动数。

在深水情况下，理论证明和k的关系为：

22h

kgtanh()

)exextanh(xexex

∵

tanh(2h)≈1 （h>>λ）

∴

2kg 2另： k22kT  TT

6.波峰（谷）的位置：

kxt(2n1)2 n=0，1，2……

2. 5.

dx7.波峰移动速度 : Cdtk

二.水质点运动与波形传播的关系 1．质点运动方程

asin(kxt)

dwacos(kxt)dt

考虑到振幅随深度呈指数规律衰减，有

waekzcos(kxt) 由图可以看出

uaekzsin(kxt)

以平衡位置( x0，z0)代替实际位置( x，z)

dxkz0uaesin(kx0t)

dtdzwaekz0cos(kx0t)

dt积分：

kz0dxaesin(kx0t)d(kx0t)

dxaekz0dcos(kx0t)

xaecos(kx0t)C

令kx0t；有 xx0；Cx0

kz0xx0aekz0cos(kx0t)

kz0zzaesin(kx0t) 0

2消去上二式中的t：

(xx0)(zz222kz0)ae0

2.质点运动方程讨论

(1)当z＝o时，质点的速度为：

uasin(kxt)

wacos(kxt)

①

kxt=π/2、5π/2……，ua；正水平流速最大

w0 ；w换向，由负变正

②

kxt=3π/2、7π/2……，ua；负水平流速最大

w0 ；w换向，由正变负

③

kxt=π；3π……， wa；u0 正垂直流速最大

u0 u换向，由正变负 ④

kxt=0、2π…… wa；u0 负垂向流速最大 u0 ；u换向，由负变正

⑤

kxt=0～π，u0；

kxt=π～2π，u0

⑥

kxt=π/2 ～3π/2 ，w0；

kxt=-π/2～π/2，w0

⑦波形传播

A点（辐聚）上升；B点（辐散）下降；

波形向前传播

（2）据水质点的振幅公式aekz0知:

21当z0k=λ/2时；质点的振幅为: ea0 =4.3%a0

21 当z0k=λ时；质点的振幅为:e2a =0.19%a0

三.波长、周期、波速间的关系 1.周期与波长、波速的关系

22∵

kg2k , k , TT∴

2Tkg

T2ckg2g （1）

k22kg2 又∵

T ∴

Tk2gk2gk2g （2）

2.波速与波长、周期关系

（3）

gTC由（1）得

2gC 由（2）、（3）得

2 3.波长与周期、波速的关系

2gg2 （4）

由(4)得

2cg2 （5）

gT2 由(2)得

2 四.海浪波动的能量

1.铅直水柱的势能(单位截面积)

（6）

1epgzdzg2

202. 一个波长内的势能

1ga2sin2kx 21EPepdxga2sin2kxdx

200

121cos2kxga()dx 220

1ga2 41gH2 163. 铅直水柱的动能(单位截面积)

1022dxkze(uw)dzuaesin(kx0t) ) k (2dtdz10kz22kzwaecos(kx0t)) (ack)edz (dt2101222kzacked(2kz) (u2w2a22e2kz) 22112gakga2424dx)（C (C12dtkgH164. 一个波长内的动能(单位宽度)

g） 2 Ekekdx011ga2gH2 3— 24 4165.总能量

E=E3— 26

P十E

k＝

1ga22λ=

1gH2 8 五、海浪能量的传播 1. 传播机理

wacos(kxt)

uasin(kxt)

u2w2a22

动能为常量，只有势能传播．．．．．．

2. 传播功率 P=

12EC

g16H2C

g2gT16H2

g232HT 取g=9.8m/s2，

=100OKg/m3；则

9.81000 P32H2T（Kg·m/m）

9.8100032102H2T(Kw/m)≈H2T(Kw/m)

六.波的叠加

l.驻波

由a、λ、T同，方向不同的波叠加形成

12asin(kxt)asin(kxt)2asinkxcost 3— 29

讨论：

（1） sinkx＝sin2x＝±1 波腹 3— 30 x＝±

2n14 n＝0，1，2，……

（2） sinkx＝sin

2x＝0 波节 2x＝士nπ， n＝0，1，2，…… （3）波腹与波节间距离：λ/4

波腹处只作垂向运动

波节处只作水平方向运动

2.群波

由波幅和波向相同，λ、T相近的波叠加形成

12asin(kxt)asin(kxt)

=2acos[kkkk2x2t]sin[2x2t] §5—4 海浪的作用力

一.作用在孤立式建筑物上的波浪力 1. 绕流的拖曳力 (1) 拖曳力分类

a.摩擦拖曳力：与流态和表面粗糙度有关 b.压差拖曳力：与流态和物体的形状有关例：薄板平行，摩擦效应为主

垂直，压差效应为主

（2）作用在圆柱表面的压力（与流速有关）流速大，分离点后移

（3）拖曳力计算

F2D∝ρAu 5—37

FD=

12C2DρAu 5—38

单位柱长上的拖曳力

1D2CDρDu2 5—39

（4）确定CD值 a.由物体形状确定

b. 由流体的流速确定（直立光滑圆柱） Re=vD/υ

（5）水流的振荡频率

2.绕流的惯性力

Fdu

lMdt 5—41

Fdul(M0Mu)dt 5—42

M0=ρV0

令 Mu＝KM0 5—43 则

Fl＝(l十K)Mdu0dt=CduduMM0dt=CMρV0dt 5—44

单位长度圆柱体

FlCD2duM4dt 5—45

CM:质量系数，查表可得

3.总的绕流力:

F＝FD+Fl=

12CDρAu2+CduMV0ρ

dt 5—46

上式适用与小尺度D/λ≤0.2孤立柱体

二.小尺度孤立桩柱上的波浪力

作用于柱体微元上的力

dF[12CDuD2duxDxuxCM4dt]dz 5— 47

整个桩柱上的总波力

FdFhh1D2dux[CDDuxuxCM]dz 5— 48 24dt波力对桩柱的总力矩(以海底z＝－h为基准)

M＝

h(hz)dF

kz采用深水波理论：

uxaecos （

kxt）

duxaekzsina2ekzsin

dtFdFh

h1D2dux[CDDuxuxCM]dz 24dt1[CDDaekzcosaekzcos2FdFhhCMD24(aesin)]dz2kz

112222kzFCDDacoscosedzDCMa2sinekzdz24hh1FCDDa22coscos(e2ke2kh)4k1D2CMa2sin(ekekh)4k2k2khkkhCcoscos(ee)1C(ee)sinD222MDa()4kDa

三、计算多桩柱上的波力用图形叠加法



第六章海流

海流是指海水的大规模相对稳定的流动

§6— 1 地转流

一、地转流的成因

斜压场→水平压强梯度力→海水在受力方向上运动→科氏力→水平压强梯度力．．．．．．．=．科氏力．．．

→地转流

二、地转流方程及其解

uuuu1ptuxvywzx2(vsinwcos)Fxvvvtuxvywvz1py2usinFy

wwwwtuxvywz1pz2ucosgFz

设等压面只沿x方向倾斜，夹角为β,则有 55

1p2sinv0 （6-22） x

1pg0 （6-23）

z由（6-22）得

p1p1v 6— 24

2sinxfx根据等压面方程

dp0，有

ppdxdz0 dpxzppdz

xzdx 6— 25

p利用式（6—23）可得

zg

dztan 6— 27

由图可知

dx所以

v1p1pdz1g()(gtan)tan 6— 28

fxfzdxffgvtan

f由（6— 28）式知：

内压场引起的地转流流速v：与等压面倾角的正切成正比; 与科氏参量f成反比；随深度增大而减小;

等压面与等势面平行时，流速为零

在赤道处：

0,sin0，f=0,式(6—28)不适用。

外压场引起的地转流（倾斜流）：

自表至底(不考虑底摩擦)流速相同

地转流流向：在等压面与等势面的交线上流动在北半球垂直指向压强梯度力的右方

观测者顺流而立时，右侧等压面高，左侧低。

在南半球正好相反。

§6—2 风海流

一. 无限深海风海流 1.基本假定

北半球；稳定风场；无限广阔；海面水平；

t、h、、f、Az为常量。

2.运动方程、边界条件及解的形式动量方程：

uuuutxvywuz1px2(vsinwcos)Fx (1) vvvtuxvywvz1py2usinFy (2)分析：流速为常量；方程左边均为0; 只考虑切应力(摩擦力)与科氏力.

px0 ；（3） py0；（4） F1uAz2uxzAzzz2 （5）

1vA2FzvyzAzzz2 （6）

（1）、（2）式简化为：

Ad2u2sinvzdz202 2sinuAzdvdz20 （7） 以

f2sin代上式得

d2u dz2fAv0 （8）

Zd2vdz2fAu0 （9） Z引入复平面 vi

令

Vuvi2 af2A

z 复平面

u （9）×i+(8)得

d2(uvi)dz22a2i(uvi)0

d2Vdz2(1i)2a2V0 d2Vdz2j2V0 （10） j(1i)a

解方程得

V=A

ejzBejz （11）

在海底:

z V=0 ； B=0

在海面: 设风只沿 y轴方向吹，则海面的边界条件为

dvduduy=AZdz ; xAzdz0 ;

dz0 dV（11）式对z求导 dzjAejz （12）

由上式得

A1dV1d(uiv)idvyiz=0时

jdzjdzjdz zjA

jzjzV=A

eBei

VyjAejz

z2iii(1i)i(1i(1i)j(1i)a(1i)2a)2ia1i2a22acos4isin4ei42a2a

4Veiy(1i)az4az)2aAeazi(yez2f2AA

Zzazi(i(ye4az)az4az)fAyeez2AZsin

V0eaz[cos(450az)isin(450az)]uivuVaz00ecos(45az)

vVaz0esin(450az)

a式中:

2sinAz22 (

a2f2Az)

V0uv3.对解的讨论

yfAzy2Azsin

azVe(1)流速的量值0，随深度呈指数减小

(2)流矢量与x轴的夹角： (45+az)

(3)z＝0时：流速为V0，与

y成正比，在风矢量右方45 (在南半球则左偏)

(4)

za时：

Ve0.043V0；流速为0a0

为摩擦深度，用D表示

流向为45—π=-135，恰与表面流向相反。 4.求V0的经验公式 V00.0127vfsin

求

Az的经验公式 Az＝4.3v2f

在x与 y方向上通过单位宽度自表面到流动消失处的体积运输

二、风海流的体积运输091010 分别为

00MxudzV0eazcos(az)dz41az1azecos(4az)dzaesin(4az)aaesin(4az)dz

az1az1az1azesin(az)[aecos(4az)aecos(az)dz]

a4a41azecos(4az)dz2ae[sin(4az)cos(4az)]

MV0az2a[sin(4az)cos(0V02V0xe4az)a22a

00MazyvdzV0esin(az)dz0

4结论（北半球）：深海风海流

体积运输方向与风矢量垂直，指向右方。在南半球相反。浅海风海流

体积运输在x方向与y方向上都存在；合成方向偏离风矢量的角度小于900

；水深愈小，偏角愈小。

§6— 3 惯性流

只有科氏力作用的海流称为惯性流一、运动方程

Vuivj

水体微元Fx vf

Fyuf

dufv dvdtdtfu （1）

dt1fvdu1）式得： dt1 （2） fudv61

由（ 1即：

fvdu1fudv （3）

uduvdv积分得 u2v2V20

1V20(u2v)2 （4）

又由（1）式得

dydtv1dufdtdx1dv （dtu5）

fdt对（5）式积分有

yyu0f

xxv （6）

0f 利用（4）式则（6）式变为

(xx0)2(yy0)2u2v2f2V20f2r2

该圆为惯性圆，对应的流称为惯性流

水质点运动的半径为：

rV0V0f2sin

速度为：

V02sinr

周期为：

T2r2r12V2sinrsin2(小时)024sinsin二、惯性流实例

图为1961年在31.50N，1430

E，于1000～2000m深处观测的惯性流实例。

T12sin12sin31.522.97(h)

§6—4世界大洋上层主要环流

一、

主要环流

1. 北太平洋

a. 反气旋式环流：

由加利福尼亚海流，北赤道流，黑潮，黑潮延续组成 b. 气旋式环流

由黑潮分支，阿拉斯加海流，阿留申海流，亲潮组成。 2. 南太平洋环流

由秘鲁海流，北赤道流，东澳大利亚海流，南极绕极环流组成。

3. 印度洋环流

由西澳大利亚海流，南赤道流，莫桑比克海流，南极绕极环流组成。 4. 北大西洋

a. 反气旋式环流

由加那利海流，北赤道流，湾流，北大西洋流组成

b. 气旋式环流

由挪威海流，东格陵兰海流，拉布拉多海流，北大西洋流组成5. 南大西洋环流

由本格拉海流，南赤道流，巴西海流，南极绕极环流组成。

6. 南极绕极环流,（自西向东） 7. 北极环流

挪威海流→沿岸流→楚科奇海流→北极东格陵兰海流

二、赤道流系

赤道无风带位置：30

～100

N 1. 北赤道流

范围：100

N到20 0

～250

N。形成动力：东北信风

性质：高温（纬度低）、高盐（蒸发强） 2. 南赤道流: 范围：200

S～30

N 形成动力：东南信风

性质：高温（纬度低）、高盐（蒸发强） 3. 赤道逆流:向东流动范围：30

～100

N（赤道无风带）

形成动力：压强梯度力（大洋海面西高东低。）性质：高温（纬度低）、低盐（低压带，上升流，雨水多） 4. 赤道潜流

位置：赤道下方，大洋东部，约50米深处，

大洋西部，约200米深处

范围：厚约200m，宽约3O0km

形成原因：东南信风使表面海水在大洋西岸堆积，

导致海面自西向东下倾，从而产生回流所致

三.西边界流、湾流和黑潮

1．西边界流

大洋西侧沿大陆坡从低纬流向高纬的海流。

有：黑潮、东澳海流，湾流、巴西海流，莫桑比克海流等。

2.湾流流系 a. 佛罗里达海流

北赤道流和南赤道流跨过赤道的部分组成的圭亚那流进入墨西哥湾后的海流 b. 湾流

流出佛罗里达海峡与安迪列斯海流汇合（湾流起点）进入大西洋的海流 c. 北大西洋流

由哈特拉斯角（35°N）转向东北横越大西洋的海流 d. 湾流的特点：宽度：100～150Km

水平温度梯度最高处达10℃/20Km

左侧为高密度冷水，右侧为低密度温暖的马尾藻海水。 3.黑潮（1）黑潮流系（2）黑潮特点

最强流轴宽：约75～90km 两侧水位相差：lm左右流速最大可达150～200cm/s 影响深度在1000m以下四.西风漂流 1.北大西洋流

在欧洲海岸附近分为三支：挪威海流；加那利海流；伊尔明格海流。

2.北太平洋流

黑潮延续；加里福尼亚海流；阿拉斯加海流。 3.南极绕极环流

上部为漂流，下部为地转流。

在太平洋东岸的向北分支称为秘鲁海流；在大西洋东岸的向北分支称为本格拉海流；在印度洋东部的向北分支称为西澳海流.

第七章海冰 §7一1 海冰的结冰特点

一、海水的最大密度温度与冰点温度

S=0,

T,max40C, T

冰

=0℃

S↑→T,max↓、T冰↓ S<24.69, T,max> T冰

S=24.69, T,max= T冰=-1.33℃ S>24.69, T,max< T冰

盐度S 冰点温度(℃) 最大密度温度℃ 二、海水结冰的特点 (1)S＜24.69

① T↓→T,max，ρ达max,对流停止 ② T再↓→T冰，由上而下顺序结冰 (2)S＞24.69

①T↓→T冰，ρ未达max，对流继续，不能结冰；

②T再↓→海水对流→ρ达max,对流停止,上下水温均＜冰点温度,→由上而下顺序结冰，或上下同时结冰

(3)结冰排盐，加强对流

(4)海冰的组成:固体冰晶，冰晶间的浓盐汁，毛细管状的小空隙

（5）海水结冰条件

a.有一定过冷度

b.有结晶晶核（悬浮微粒，雪花晶体）

三、海冰的盐度和密度

海冰的盐度是指海冰融化后所得海水的盐度。 1.影响海冰盐度的因素（1）冻结前的海水盐度

海冰的盐度<形成它的海水的盐度海水盐度↑→海冰盐度↑ 一般海冰盐度: 3～7 （2）结冰速度

a. 空气温度愈低→结冰速度就快→冰的盐度愈大 b. 盐度在海冰中由上向下递减表层:冻结速度快

下层: 冻结速度慢，冰晶垂向排列，盐汁易流出

表7一1 冰的盐度与冻结时的空气温度的关系

空气温度℃ 新冰盐度S

表7一2冰层内盐度分布深度（m）盐度（S）

0 6.47 0.13 5.31 0.45 4.37 0.95 3.17

（3）冰龄

冰龄↑→盐度↓

—16 5.46 —28 8.01 —30 8.77 —40 10.16 5 -0.27 2.93 10 -0.53 1.86 15 -0.80 0.77 20 -1.07 0.31 24.69 -1.33 -1.33 25 -1.35 -1.40 30 -1.63 -2.47 35 -1.91 -3.52 40 -2.20 -4.54 时间↑→盐汁渗出↑ 融解时盐汁流出更多

极地有些多年冰盐度几乎为零 2．海冰的密度气泡↑→密度↓ 海水盐度↑→密度↑ 纯淡水（0℃），0.918

新海冰：0.915～0.914 ；夏末，可降至0.86左右形体规则漂浮海冰：水上部分约为其总高度的1/9

表7一3 盐度、空气含量和海冰密度的关系

空气含量（%）海水盐度 0 5 10 15 20 25 0 0.918 0.922 0.925 0.930 0.934 0.938 5 0.872 0.876 0.880 0.884 0.888 0.892 9 0.835 0.839 0.843 0.847 0.851 0.855 §7一2 海冰的作用力

一.冰压力的分类

挤压力

破碎挤压力：冰原挤压桩柱,周期性被切入或挤碎产生的力膨胀挤压力：冬季气温剧变,整体冰盖层因膨胀对建筑物产生的力

2. 冲击力

流冰冲击建筑物而产生的力 3.垂直作用力（上拔力或重力）由于水位的波动而产生的力 4. 拖曳力

冰盖层因潮流和风的作用移动对建筑物产生的力。

5.摩擦作用力

流冰从建筑物表面流过时产生的力二. 破碎挤压力的计算

PmRjbh

式中：m-桩柱形状系数，圆形桩m=0.9

h-冰的厚度； RY-冰的抗压强度，

RjK1RY ，K1=2.0～3.0

b1-桩柱的宽度， bK2b1， K2=0.3～0.4

三.冰块对桩柱冲击力的计算

PmFjRjmbjhRj

式中 m-桩柱形状系数 Fj-挤压面积，

bjh

Rj挤压强度K1RY

bj2xtg

冰对三角形端部的桩柱的挤压

P2mRjhxtg 081013

取 K1＝2.5，则Rj= 2.5Ry，有

P5mRyhxtg （1）

求x

冰被桩柱切入深度 x所需消耗的功为：

x T功0pdx2.5mR2yhxtg

冰块具有的动能T动为：

T1Sh2动2gv

T动与T功相等，即

1Sh2

2gv2.5mR2yhxtg

xS5mRv (2)

ygtg 67

SP5mRyhtgv 5mRygtg

P5mRYSgtghv第八章海啸和风暴潮

§8一1 海啸

一、海啸的形成

1

海啸是由海底地震、海底火山喷发以及海底崩塌、岸坡塌方、滑坡等原因所引起的水体突然运动，造成海面异常升高的现象。

二、海啸的特点

1. 海啸中心波高很小(一般几十公分) 2. 海啸传播至浅海后波高很大，可达数十米 3. 波长极长(可达300km甚至更长) 4. 波速极大，可达800km/h

5. 传播距离极远，可传播1万多公里甚至更远， 6. 海啸的破坏性很大

三、海啸的传播

2h2h) kgtanh() 由 kgtanh(22h2hggtanh()tanh() 得 ckk2 如x是一个较小的量则：

exex1x(1x)tanh(x)x2x3xxxeex1x1x

e1x

2321∵

hg2hcgh2∴

2h2htanh(); ∴

海域水深变化比较复杂时：

为平均水深

cghp68

太平洋平均水深：4282米，

C9.84282204.8米/秒=737.5公里/小时

太平洋最大水深：11034米

C9.811034328.8米/秒=1183.8公里/小时

四.海啸波的浅水变形

水深变浅→底摩擦↑→波速↓、波长↓、波高↑

五.海啸对沿岸地带的破坏

动力破坏：由海啸波的直接袭击造成的

静力破坏：由海啸形成的增水，当水位降落时造成的。

§8—2 风暴潮

图8— 1 风暴期的形成原因示意图

风暴潮：由于台风或气压骤变而形成的海面异常升高现象。 1.风暴潮的形成

大气低压→风暴（气旋式环流）→风暴中心“低压区” →

→吸起海水→气旋式环流（逆时针）→

→表面海水辐散→→深层海水辐聚（逆时针环流）→ →孤立波

气压下降 l毫巴，水位约上升 l厘米。 2. 风暴潮的传播

强制推进波(孤立波)→离开风区→

→自由长波→浅海水域→风暴潮辐度猛增

陡峭的岸旁→被反射

3．风暴潮的增水（1）台风长波增水（2）风暴潮主段（3）风暴潮余振阶段

第九章潮汐 §9—2 潮汐现象

一、潮汐定义

潮汐：海水在月球和太阳引潮力作用下所发生的周期性运．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．动．

习惯上将海面周期性的垂直涨落称为潮汐

海水周期性的水平流动称为潮流。

二、潮汐类型

1. 正规半日潮

在—太阴日（约等于24小时50分）内发生两次高潮和低潮

2. 全日潮

在—太阴日内只有—次高潮和一次低潮 3.混合潮

不正规半日潮

相邻高潮或低潮的潮位相差很大，涨潮时和落潮时也不等。不正规日潮

大多数日子里为不正规半日潮，但有时也发生一天一次高潮和低潮的日潮现象。

§9— 2 引潮力

一. 地月运动和月相变化 1.地月运行轨道

2. 平动的概念

平动:平动物体上任何两确定点的连线始终保持平行

平动园运动：物体上各点以相同的半径围绕各自的中心作园运动。 3. 地-月公共质心

在距地球中心0.73倍地球半径之处 4. 地球和月球绕地-月公共质心运动 a.

周期：一个月

4. 月相变化 (1)新月或朔

(2)上弦 (3)满月或望 (4)下弦

月相周期：平均29.5306天这个周期称为朔望月

二、引潮力

月球的引潮力：地球上单位质量物体所受月球引力与因地球月运动所产生的惯性离心力的合力 1.月球的引力(对单位质量物体)

2. 惯性离心力(地球绕公共质心运动产生) b. 地球的月运动是平动

MfpK2x方向互相平行；背离月球；大小相等. 地心处的惯性离心力

总惯性离心力

∴

三.引潮力公式

Ef0KMf0fpK2DMED2∵

EgK2rgrKE2Mr2f0gED2MfpK2xMrf0gED2

1．太阴

2垂直引潮力

FgMr32v=ED3(3cos1)

2．太阴水平引潮力

F3Mr3H=2gED3sin2 3．太阳垂直引潮力

F'Sr3v=gED'3(3cos2'1) 3 4．太阳水平引潮力

F'H=32gSr'ED'3sin2 已知： S＝333400E， E＝81.5M， D′＝389D， D＝60.3r

故当θ＝θ′＝0时，

FvM(D')3F'SD32.17

v海洋潮汐现象主要是由月球产生的．．．．．．．．．．．．．．．

四、月球引潮力的分布 1.A、 B、 C、 D 水平分量为0 2.F、G、 H、 K水平分量最大 3.A、 B两点垂直分量最大

4.C、 D两点，垂直分量向下，约为A、 B两点之半. 5.地球中心处月球的引潮力为零。

§9—3 天体知识

天球

1.天赤道：将地球赤道无限扩大至天球是天赤道。 2.赤经和赤纬：相对于地球的经纬线是赤经和赤纬。 3.黄道：太阳的周年视运动轨道——黄道。

黄道与天赤道平均交角约为2327'

春分点：太阳在黄道上由南向北穿过天赤道的交点(3月31日)，秋分点：太阳在黄道上由北向南穿过天赤道的交点(9月23日)。夏至点：北赤纬最大(δ＝十2327')点(6月22日)；冬至点：南赤纬最大(δ＝－2327')点(12月22日)。

开卜勒第二定律：行星和太阳所联结的直线，在相等时间内所划过的面积相等。地球在轨道上作不等速运动。

4.白道：月球绕地球运动轨道在天体的投影称为白道。白道与黄道平均交角约为58';

§9— 4 潮汐理论与潮汐现象

一、平衡潮理论 1. 基本假定

(1) 整个地球表面被等深海水所包围； (2) 海水没有惯性；

(3)

忽略地转偏向力和摩擦力作用。

2.潮汐椭球与潮汐类型

图9— 12不同赤纬的潮汐椭球

在引潮力作用下，海面呈椭球状，形成潮汐椭球。（1）分点潮

一个交点月里,月球穿越天球赤道时,不出现潮汐周日不等现象（2）回归潮

太阴赤纬最大或最小时,周日不等现象最为显著,这时的潮汐称为回归潮。

（3）朔望大潮

月球和太阳所引起的潮汐椭球，潮高相互叠加，形成朔望大潮；（4）两弦小潮

月球和太阳所引起的潮汐椭球，潮高相互抵消一部分，形成两弦小潮（5）近点潮

月球运动到近地点时，发生的潮汐称之为近地潮(或近月潮)。（6）远点潮

月球运动到远地点时发生的潮汐，称之为远地潮(或远月潮)。３. 平衡潮的最大潮差

力势: 移动单位质量物体，沿着力的反方向，从这个力为零的地点至某一点克服这个力所作的功，叫做该点的力势。

如这个被克服的力是重力，则称为重力势。如这个被克服的力是引潮力，则称为引潮力势。 (1)重力势

图9— 13 大潮和小潮



把海面相对于原静止水面的升高记为

hM，则有

(1)

重力势ghM

hM重力势/g (2)

（2）引潮力势

Mr32太阴垂直引潮力

FvgED3(3cos1) (3)

r引潮力势gMr3(3cos21)dr (4)

0ED3gKEr2 (5)

KMr引潮力势0D3(3cos21)drKM2D3(3cos1)rdr (6)0

引潮力势KM212D3(3cos1)2r (7)

2 3KMr引潮力势2D3(cos213) (8)

令

重力势引潮力势

h3KMr221(8)代（2）得 M2D3g(cos3) 3KMr2

h2(cos21M)D3KE3

r2h3Mr321M2ED3r(cos3)

hs3Sr32ED3r(cos2 13) 将S，M，E、 r及D，D′的平均值代入，上二式可简化为：

h2M18(3cos1) 75

同理，太阳平衡潮的潮高公式为

hs8(3cos1)

2 当

0时，hM36cm，hs16cm

当

90时，hM18cm，hS8cm

平衡潮最大潮差为78厘米。071017

二、潮汐动力理论 1. 潮汐共振

∴

cgh

T海区振动周期：

gh

若L=λ/4 则

T4Lgh。

芬地湾长度约为270公里，平均深度约为70米，按T波的周期比较接近，形成特大潮差。

2．科氏力作用

4Lgh计算，它的固有振动周期等于11.5小时，这和半日潮

在科氏力作用下，传播方向右岸的振幅要比左岸的振幅大，这种波叫开尔文波。

3．无潮点

在两个振动节线的交点上，潮汐涨落为零，这一点称为无潮点。

图9—15 在北半球的一海湾中，由于横振动而导致的无潮点的示意图

同潮时线：连接同时发生高潮或低潮的线

在北半球，由于地球自转的效应，使同潮时线绕无潮点反时针方向旋转。等潮差线

若把一个周期当中振幅相等的地点联成线，便可得到一组等振幅线。由于潮汐振幅的两倍是潮差，所以，也称为等潮差线。

4．旋转潮波系统

等潮差线为环状分布，而同潮时线则为放射线形状，这种潮波系统，叫旋转潮波系统，在北半球其旋转方向大多是反时针的，在南半球却大多是顺时针方向。 5.潮流的水质点运动

进行潮波：高潮和低潮时流速最大，但方向相反，于半潮面时流速为零，发生转流。驻立潮波：半潮面时流速最大,转流时刻出现在高,低潮,且流速为零。

1．东海：潮波属于进行波的性质

2．黄海、渤海：旋转潮波的性质黄海靠我国一侧潮差小，靠朝鲜一侧潮差大青岛：3.3米；仁川：8.1米 3．南海

第十章泥沙运动 §10—1 海岸泥沙运动

一.海岸泥沙的分类与运移形态

1.按泥沙颗粒大小分级

表10—1 泥沙颗粒的分级

名称粒径 (mm) 粘土 0.005 软泥 0.005-0.01 粉土 0.01-0.05 砂 0.05-2.0 砾石 2.0-20 卵石 20-100 漂石 100～1000 块石 1000 2.按泥沙运移形态分类 ① 悬移质泥沙

在动水中泥沙颗粒处于悬浮状态 ② 半悬移质泥沙泥沙沿底部向前移动。 ③ 推移质泥沙

受水流的推动而滚动或滑动。 ④ 流移质泥沙

流动性很大，与液体一样，不能停留在坡面上，称之为流移质。

二、海浪浅水变形

1. 平均水位以上半波振幅增加 2. 水质点向岸最大流速增加

3. 波峰历时减少（水质点向岸流的时间减少） 4. 波谷历时增加（水质点离岸流的时间增加） 5. 产生海底回流

三、沙粒的横向运动和纵向运动

1. 海底水质点的流速变化

水质点流速随水深变浅的变化特征：

(1)向岸最大流速相对比向海最大流速快； (2)向海流动时间相对较长；原因：

随水深变浅，波结构发生变化，波峰与波峰之间的距离加大，波峰历时小于波谷历时。

2. 泥沙横向运动

v2是泥沙悬浮流速（1）运动分析

  

ac时间内将向岸移动 df时间内将向海移动 def＞abc，泥沙向海迁移

def＜abc，泥沙向岸移动 abc=def，泥沙在原地振荡

 中和线泥沙原地振荡水深点的连线（2）形成平衡剖面

   

中和线处形成凹沟，淘深海底；凹沟以上发生淤积，坡度变缓；凹沟以下发生淤积，坡度变陡；最终形成平衡剖面。

沙的纵向运动（1）在非平衡剖面上

（2）在岸边

（3）泥沙的纵向运动

图中：

TF：波浪在浅滩上的传播路程 PF:波浪的能量，与TF成反比

PFbTF

b:比例系数

sinL TF

TFLsinPFbbbsinTFLL

sin使泥沙产生纵向运动的能量

FRPFcosbLsincos

对α微分求其极值

dFR 令

dbL(cos2sin2)0

有 sincos45即：时，泥沙纵向运动的距离最大。

45

（4）泥沙最大纵向运动速度与浅滩坡度的关系

经过研究认为：浅滩坡度为0.10～0.01时，值约为35°～45°。

坡度为0.023时，α=45°

（5）纵向运动与岸线平直度的关系

 岸线是直线，泥沙纵向运动不变；  凹进的海岸，流速减小泥沙淤积； 

凸出的海岸，受到冲刷；

§10— 1 海洋平台基础的底部淘刷

一、沙粒运动的几个阶段 a.层流,颗粒静止；

b.流速↑→紊流，个别颗粒发生周期性震动；

c.流速↑↑→紊流↑→泥沙颗粒与底部失去接触，发生前后移动二、海底最大流速公式

vnH

max4h

gsh n=1.38；H-波高；h-水深；

-波长；

vmax-海底的最大流速。

三、启动流速公式

4(

vc0.069810d)0.4(150)gd50

m0.2450.222lgd50

d50＞0.2mm时，0

m-组成床面泥沙的最大隙比 -启动时床面泥沙隙比

1-泥沙密度

-水的密度

d50-平均直径

四、应用举例

一个独腿的海洋石油平台，在水深 D＝21m的海域坐底作业，试计算建筑物的基础附近，海底泥沙 d50＝0.01mm的起动流速。如遇五十年一遇的设计风暴( H＝9m； L＝135m；T＝10s)试计算波浪冲刷作用的最大深度。

解： ε

m=0.245—0.222lgd50=0.689

m 如1=1.7 ,ε=0.63

则 △ε=0.059

104100.241.74

(Ld)0.4(13.5106)0.4711 50利用启动流速公式

vc0.0698104(.4d)0(150)gd50

1.71 vc0.0698747111.19.81050.72m／s 即当波浪底速达到0.72m／s时，底部泥沙开始冲刷。

利用最大流速公式

vHmaxnsh4h

g4hn2gH2

shv2

maxsh12.57h1.382g921350.722

h=52.75（m）

五、防止海洋平台基础的底部淘刷的方法 1. 用覆盖物来保护原来的海底 ①在基础周围投放石子

②在基础周围投放装满砂子、卵石或石块的袋子 ③安装裙板 2.减小水流的速度

使用防冲刷网、成层沉积装置等

3.改变水流方向

把水下结构物做成流线型，防止形成旋涡

第十一章

二、受轴向载荷作用的桩腿分析071019 1)桩的工作状态及其分类承、摩看成

2）轴向力平衡公式

a. 端承桩 b. 端擦共同作用桩；c. 可实心桩

近海平台地基

PPfPs Pf -桩侧阻力

Ps -桩端阻力

2)桩侧摩擦阻力

由图（a）中的平

衡条件可得

f(z)cdzp(z)dp(z)p(z)0

即

1dp(z)f(z)cdz

1S(z)s0AE1SLs0AE垂向位移

z0p(z)dz 11— 1

L0p(z)dz 11— 2

3）桩的轴向承载能力 a. b. c.

抗拉桩: 桩的抗拉强度或摩擦力

若桩身强度足够，则当桩侧摩擦阻力完全发挥出来而达到极限时，桩的承载能力即达到极限。抗压桩

桩侧土十分软弱，而桩端又支承于很硬的地层桩身可能在较大的轴压下因稳定性不足而发生屈曲破坏桩的沉降曲线

1pu为单桩的轴向允许承载能力

取2

4）地基土的破坏形式

(a) 剪切破坏

(b) 贯入破坏

§11— 2 重力式平台地基

一、地基下沉类型

均匀下沉基地倾斜二、地基压力分布小压力: 鞍状；中等压力: 抛物线状；大压力: 钟状。

P较小 P 中等 P较大三、基础的沉降 1.初始沉降

海洋平台一旦就位，就立即会出现一定程度的沉降，这个阶段称为初始沉降。 2.固结沉降

由于地基土粒间的水分逐渐排出，土体发生缓慢的固结而引起的沉降。 3.次压缩沉降

土体中土粒骨架在外载的持续作用下而发生的蠕变。四、地基承载能力利用太沙基公式

q013.cNcqNq04.BN

q0-地基极限承载能力；-土的容重；

q-基础边载；B-基础宽度

库仑公式

ctan

c-土的内聚力；-

土的摩擦角；

Nc，Nq，N三

个值根据土的摩擦角

由图查出。

↑

＞30℃时，

Nq，N急剧增大，应取3左右的安全系数

五、底座的抗滑性能

ctan

cpAtan 砂土：取c=0；

粘土：不排水状态：取=0，

排水状态：取c=0

取两种状态下较小的计算值，并考虑2.5～3.0的安全系数。防滑装置，打防滑桩

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