08.海洋工程环境学 海洋环境因素分析计算
海洋工程环境 4-5海洋工程环境
原点于桩柱中心轴与ox轴交点。
6
• Morison方程
F Fd Fi
Fd为速度力。 Fi为惯性力。
dz长度上所受波浪力：
dF
dFd
dFi
Cd
1 2
u
u
A CmVu
式中：u波浪水质点水平速度分量，
u 波浪水质点 水平加速度分量。
A D dz 为dz长圆柱迎流面积。
V D2 dz 为dz尺度圆柱排水体积。
3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4.4 .4. 波浪破碎、反射和绕射
波浪破碎：波陡H/较高 波峰水质点速度≥波速
深水：Stokes 波 极限波陡(H/)max=0.142 浅水：极限波陡(H/)max=0.142tanhkh
极限波高(H/h)max=0.78 波浪破碎对海岸工程有很大冲击力和破坏性
反射：遇到岸壁或障碍物，部分反射或全反射（驻波）
海洋工程环境
1
4.4 .2. 波浪折射
波浪传至浅海近岸时，波速减小，引起波向变化
C2 sin 2 C1 sin 1
深水 浅水
h1 > h2
c1 > c2
1 > 2
波向趋向与等深线垂直，波峰线趋向与等深线平行
在浅水区波向线辐聚（海岬）， 波高会因折射增大；
在浅水区波向线辐散（海湾），波高会因折射减小 2
图5－22，5－23，5-24
圆柱表5－10，非圆截面表5－11 14
K 5 K 25 5 K 25
震荡流
惯性力为主要成分
准均匀流
阻力为主要成分
中间流
惯性力与阻力为成分相当
15
D 0.2 大尺度构件 绕射理论
04.海洋工程环境学 海洋环境因素分析计算
《海洋工程环境学》
Environmental Mechanics of Ocean Engineering
1. 海洋环境因素分析计算
1.5 设计波
• 海洋结构物设计寿命记作 TL(年)，一般为10，20，30年不等。 • 海洋结构物一生遭遇的极端海况的重现周期记作 TC (年)，规
范规定。 • 在海洋结构物设计中将这个Tc年一遇的波称作设计波。 • 问题是：如何根据海洋结构物工作海域的波浪长期分布资料
331
3603
911
8552
4
7858
28 8 4
5848
60 5
2844
14 4
1123
50 5
353
22 6 1
2
171
13 1 2
1
52
83
1
37
41
10 2
13
27
532
1 4 21
25
212
31
1
4 1 1 19
10
22
6
22
6
1321
7
2 1 13
7
21
1
4
12
3
1
1
1
1
236 52 20 7 6 5 11 5 2 5 1 1 30561
1.4 海浪统计特征的长期分布律
Y lg ln 1 P HS
1.5 y = 0.9184x + 0.0911 R2 = 0.98
1.0
0.5
0.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
-0.5
X lg HS H0
海洋工程结构设计和评估环境条件应用指南
海洋工程结构设计和评估环境条件应用指南下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor.I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!海洋工程结构设计与环境条件评估应用指南一、引言海洋工程，作为现代科技的重要领域，涉及了从海上石油钻井平台到海底隧道，再到海上风力发电等众多复杂项目。
08 海洋环境影响预测与评价
•
8.4 沉积物环境影响预测与评价
8.4.1
•
沉积物环境影响预测
3.预测时段
一般建设项目，应对施工阶段和生产阶段的沉积物环境质 量影响进行预测。 海洋固体矿产资源开发等建设项目，应进行施工阶段、生 产阶段和废弃阶段的沉积物环境质量影响预测。
•
•
4.预测内容与范围
——预测分析各预测因子的影响范围与程度，应着重预测和分 析对敏感目标和主要环境保护目标的影响程度； ——有污染物排放入海的建设项目（例如污水排海工程等）， 应重点预测和分析对排污口、扩散区和周围海域沉积物质量的 影响范围和影响程度。
实例：大连长兴岛北防波堤工程
8.1 海洋水动力环境影响预测与评价
8.1.2 水动力环境影响评价
——评价建设项目导致的评价海域水文环境要素的变化与特征； ——根据建设项目引起的流场、水位场、波浪场等变化情况，结 合泥沙冲淤、污染物浓度场等预测结果，评价和给出项目建设对 海洋地形地貌与冲淤、海洋水质、海洋生态等可能产生的环境影 响范围、影响程度的定量或定性结论； ——给出建设项目对海洋水文动力环境影响的评价结论，给出建 设项目是否满足预期的水文动力环境要求的结论。 应根据海洋水文动力环境影响评价结果，提出水文动力环境的保 护措施和建议。若评价结果表明建设项目对海洋水文动力环境生 产较大影响时，应提出修改建设方案或重新选址等建议。
3.潮流数值模拟法
（4）数值解法
•
•
二维模型的数值解法按网格形状可分为：三角形、正方形、 长方形、四边形、曲线坐标网格及各种形状的组合等。 按计算方法可分为：有限差分法、有限元素法及破开算子法 等。推荐采用长方形有限差分法或三角形有限元素法。可根 据建设项目的具体要求确定采用何种方法。
海洋生态系统环境因素分析与预测研究
海洋生态系统环境因素分析与预测研究海洋生态系统是地球上最重要的生态系统之一，它提供了许多我们所依赖的物质和生态服务。
为保护海洋生态系统，我们需要了解环境因素对海洋生物的影响，并制定相应的保护措施。
本文将分析海洋生态系统环境因素，并介绍一些预测研究方法。
一、海洋生态系统环境因素1. 温度温度是影响海洋生物生长和分布的主要因素之一。
海水温度变化会影响海洋生态系统中各种生物的气代谢、生长速度、繁殖率等。
例如，北极和南极的海洋生态系统中的生物可适应极低的水温，但是气温的升高导致海洋水温的上升，可能会影响这些生物的生存和分布范围。
2. 盐度盐度是另一个重要的环境因素，也影响着海洋生物的分布和繁殖。
从低盐度到高盐度，海洋生物种类逐渐减少。
一些特殊种类的海洋生物适应了极端的盐度，例如盐海鲜和咸水鳐。
3. 光照光照是海洋生物生物合成的所需能量来源。
不同深度和不同季节的光照水平不同，这会影响海洋生物的生长和分布。
例如，浅海区域是植物生长的主要区域，而深海区域较暗，只有少数生物可以生存。
4. 氧含量氧含量是海洋生物生存所必需的，而海水的氧含量受到温度和物质分解速率的影响。
氧含量的下降可能导致海洋生态系统中某些生物的死亡，而一些生物则适应低氧环境。
5. 水动力学水动力学是液体力学中关于流体力学的分支，它研究运动的液体所产生的动力和力学。
海洋生态系统中的水动力学因素包括水流速度、波浪大小和洋流等。
水流速度影响着海洋生物的分布和食物链的建立。
二、海洋生态系统的预测研究为解决海洋生态系统受到环境变化的威胁，必须建立预测研究方法。
以下是常见的海洋生态系统预测研究方法：1. 数学模型数学模型是一种基于数学公式的预测研究方法。
它可以帮助科学家预测海洋生态系统在不同环境因素下的变化。
例如，使用数学模型可以预测气候变化对海洋生态系统的影响，帮助制定相关保护措施。
2. 实验室研究实验室研究是通过在实验室中控制环境因素，进行模拟实验来研究海洋生态系统的变化。
03.海洋工程环境学 海洋环境因素分析
0.1 海洋环境因素分析
没有其它资料时，可近似认为 浪级≈风级-1
12
9
0.1 海洋环境因素分析
13
9
1.2 波浪运动的统计特征
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
15
1.2 波浪运动的统计特征 单个波浪的特征描述
波高 H： 波峰到相邻部分波谷的垂直空间距离；
过零周期 Tz： 上过零点到相邻上过零点的水平时间距离；
波面瞬时升高 (t)： 在时间轴上 t 时刻的波面垂直空间距离；
波向：波浪传播运动的主方向。
16
1.2 波浪运动的统计特征
• 采样：
波高 H 和周期 TZ： Hi ;TZi
2Hrms ,
Hrms p HS 0.38, P HS 0.86
36
1.4 波高的概率特征
6) 最大波高（累计率波高）
1 P H1 N
exp
H1 N H rms
2
1 N
H1 N
LnN H rms
1 2 lnN H S
PH
H 0
pH
dH
1
exp
H H rms
2
30
1.4 波高的概率特征
3. 特征波高 利用平稳的各态历经的随机过程的概率密度函数可以确定 各种特征波高。 1) 零波高
海洋污染问题公式及例题
海洋污染问题公式及例题引言海洋污染是全球面临的一个严重问题。
了解海洋污染的主要因素和解决方法对保护海洋生态环境具有重要意义。
本文将介绍海洋污染问题的公式和例题，帮助读者更好地理解和分析环境保护措施。
公式以下是海洋污染问题中常用的公式：1. 污染物浓度（C）：污染物在海洋中的含量，通常以重量单位表示。
公式：C = M/V其中，C表示污染物浓度，M表示污染物的质量，V表示污染物溶解或分散的体积。
2. 污染物释放速率（R）：单位时间内污染物进入海洋的速率。
公式：R = Q/T其中，R表示污染物释放速率，Q表示污染物释放的总量，T 表示释放污染物的时间。
3. 污染物扩散速度（D）：污染物在海洋中扩散的速度。
公式：D = L/T其中，D表示污染物扩散速度，L表示污染物扩散的距离，T 表示扩散所需时间。
例题1. 问题：某企业每天向海洋排放100吨废水，如果每天2吨污染物被溶解或分散在海洋中，求污染物浓度。
解答：根据公式C = M/V，可得 C = 2吨 / 100吨 = 0.022. 问题：某城市污水处理厂每小时处理1000吨废水，假设污染物总量为500吨，求污染物释放速率。
解答：根据公式R = Q/T，可得 R = 500吨 / 1小时 = 500吨/小时3. 问题：某海洋地区污染物从源头扩散到距离源头100公里的地方需要2天，求污染物的扩散速度。
解答：根据公式D = L/T，可得 D = 100公里 / 2天 = 50公里/天结论通过了解和应用海洋污染问题的公式和例题，我们可以更好地理解海洋污染问题的本质和解决方法。
希望本文能对环保工作者和研究人员有所帮助，推动海洋生态环境的保护与改善。
海洋工程结构环境
目前，人们已经 可以用仪器对海底地 貌进行连续扫描并记 录下来。从地质构造 看，在大陆和海洋之 间，有一个接触区， 称为过度带或者大陆 边缘，其外面为大洋 底。如图1所示。
图1. 海底地貌
过度带可分为：大陆架、大陆坡、大陆裙。
(1)大陆架 指被海水淹没的大陆部分，水深：0-200米。 是目前已发现的油气储藏最为丰富的区域。 大陆架土质分为三层:表层、盖层和基地层。 表层主要为：来自大陆的松散沉积物；
五．海冰
在寒冷结冰海域，海冰可能是结构设计的控制因素，即 冰载荷大于其它流体载荷。
1、海冰的分类
根据海冰的运动状态，可以将海冰划分为：
浮 冰：不与任何固定物体或者海底连接，在风和流驱动 下漂浮运动的冰。
固定冰：没有水平方向运动，仅有垂向升降。
一般说，对于海洋结构物构成威胁的主要是浮冰，尤其 是冰排。
（2）风海流
海风吹动海面，引起风海流。
（3）密度流、盐水流等梯度流
由于海水温度、含盐量、密度等不均匀引起的海水的流动。 风引起的流速与海区的遮蔽状况有关，对于不同海区，风引起 的海流流速由风速的百分数表示，根据统计资料，如下区域风生流 流速大约为： ♣ 渤海湾、黄海：2.5%风速 ♣ 南海 30 海里：4%风速 ♣ 海南岛东岸：（5~8）%风速
♣ 台风：热带地区海洋上空的热带气旋猛烈发 展形成的急速旋转的气流运动。
对于海洋结构最具威胁的是寒潮大风和台风。
23
2.风参数
风的参数包括风速和风向。
（1）风速
风的强度用风速来表示。距离海面不同高度处，风的
速度不同。距离海面5-10米的高度处，约为不受地面影
响的几公里高度处风速的0.67倍。风速比与高度比的关系
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1.3276 1.7
4.67 0.3899
4.9
渤海湾 0.26
1.23
0.9304 1.4
3.37 0.3798
0.7
1.4 海浪统计特征的长期分布律
南海西沙海域波高和平均周期的长期分布计算
1.4 海浪统计特征的长期分布律
东海大陈海域波高和平均周期的长期分布计算
1.4 海浪统计特征的长期分布律
1.4 海浪统计特征的长期分布律
R2 0.985
0.98
0.975
0.97
0.965
0.96 0.2
0.3
0.4
西沙海域波高长期分布计算
0.5 H 0
1.4 海浪统计特征的长期分布律
样本选取方法： 1. 年最大波法
取每年最大波高进行拟合 2. 年N大波法
取每年前N个最大波高样本作为进行拟合 3. 最小阈限法
有义波高长期分布按 Weibull 函数；
平均过零周期长期分布按 幂函数。
结果发表在：Wang Y. Investigation of design wave parameters for Chinese coastal areas. China Ocean Engineering, 2(1988), 4: 7178. 1989年为美国 牛津出版社收录。
《海洋工程环境学》
Environmental Mechanics of Ocean Engineering
1. 海洋环境因素分析计算
1.5 设计波
• 海洋结构物设计寿命记作 TL(年)，一般为10，20，30年不等。 • 海洋结构物一生遭遇的极端海况的重现周期记作 TC (年)，规
范规定。 • 在海洋结构物设计中将这个Tc年一遇的波称作设计波。 • 问题是：如何根据海洋结构物工作海域的波浪长期分布资料
取大于某阈值的波高样本进行拟合 4. 整体样本法
取全部波高样本进行拟合
• 波浪分布资料来源
– 当地观测点资料
– 遥感资料
– 波浪推算 (wave calculation)资料 根据适当的气象资料及波浪资料，建立风与 波浪之关系公式，以利与在实用上可以根据 风资料计算出波浪特性。若由过去风的资料 记录，推算过去发生的波浪特性，称为波浪 后报(wave hindcasting) 。
1. 有义波高的概率密度函数
可用来拟合波浪长期分布的概率密度函数有 龚贝尔分布函数 皮尔洛III型分布函数 对数正态分布函数 泊松－龚贝尔分布函数 韦布尔分布函数
采取什么样的概率函数，只取决于对于子样的拟合精度和 置信度。并没有一个确定的分布函数。
1.4 海浪统计特征的长期分布律
采用三参数的Weibull概率密度函数表达有效波高 长期分布的概率特征
1.4 海浪统计特征的长期分布律
计算结果
项目 Weibull F.
Power F.
参数
H0,m HC,m
,%
b k
,%
南海 0.08
1.46
64
2.3
海域
东海 0.26
1.86
1.0780 1.1
4.79 0.3189
3.9
黄海 0.17
331
3603
911
8552
4
7858
28 8 4
5848
60 5
2844
14 4
1123
50 5
353
22 6 1
2
171
13 1 2
1
52
83
1
37
41
10 2
13
27
532
1 4 21
25
212
31
1
4 1 1 19
10
22
6
22
6
1321
7
2 1 13
7
21
1
4
12
3
1
1
1
1
236 52 20 7 6 5 11 5 2 5 1 1 30561
设计海况 直接指定 Hs, Tz 设计海况
短期概率 （瑞利分布） 或规范规定
设计波条件
结构性能分析
1.4 海浪统计特征的长期分布律
海上定点有义波高的长期累计子样：
1.4 海浪统计特征的长期分布律
ISSC给出的全球海域编号：
1.4 海浪统计特征的长期分布律
ISSC给出的8，9，15，16号海域波浪有义波高和平均过零周 期统计分布：
做变量置换：
则有：
Y
X
lg lg
ln
HS
1 H
P
0
H
S
B lg HC H0
Y BX
为截距 B 和斜率 的直线方程。
1.4 海浪统计特征的长期分布律
• 给定子样：
HS,i , P HS,i
1
exp
TZ
对某海域的波浪统计资料进行分析，可以给出两参数 的计算公式，其中
6.05exp0.07HZ
2.35exp0.21HS
1.4 海浪统计特征的长期分布律
4. 应用实例 以下给出我国沿海海域的波浪参数长期分布的计算结果。 子样来自北起鸭绿江出海口，南至湛江出海口，计36个 观测站10年间 (1969-1979) 的波浪资料。其中
1.4 海浪统计特征的长期分布律
3. 波浪周期的长期分布
根据不同平均过零周期的超越概率，同样可以应用一个 概率密度函数来拟合周期的长期分布。如龚贝尔分布， 韦布尔分布等。
对于波高和周期的联合概率分布，目前尚没有有效的方 法计算，只有一些研究性的工作。如采用幂函数拟合有 效波高和对应这一波高的波浪平均有效周期的关系。
k k 1,2,
由此得到其最小值 min 和对应的 H0，再重复一次计算，
最后，得到关于三参数的最优解：
H0, HC , min
1.4 海浪统计特征的长期分布律
表 1.1 西沙海域波浪散布图
有效波高
HS / m 01
0.00.5 534 0.51.0 1.01.5 1.52.0 2.02.5 2.53.0 3.03.5 3.54.0 4.04.5 4.55.0 5.05.5 5.56.0 6.06.5 6.57.0 7.07.5 7.58.0 8.08.5 8.59.0 9.09.5 9.510.0 10.010.5 10.511.0
pHS
HC
H0
HS HC
H0 H0
1
exp
HS HC
H0 H
为 三参数的 Weibull 函数。其中 H0 为最小阈限水平，HC 为 尺度因子， 为形状因子
1.4 海浪统计特征的长期分布律
相应的累计概率函数为：
1.4 海浪统计特征的长期分布律
Y lg ln 1 P HS
1.5 y = 0.9184x + 0.0911 R2 = 0.98
1.0
0.5
0.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
-0.5
X lg HS H0
-1.0
-1.5
西沙海域波高长期分布计算
i 1,2, , N
考虑到直线方程只能解两个未知数，对第三个未知数必 须假定。
通常，取 H0=0 (第一次近似)。可以用作图法和最小二乘
法计算得到另外两个参数：B 和
B
HC 10 H0
同时， 可以得到本次近似计算的拟合误差平方和： 1
1.4 海浪统计特征的长期分布律
根据不同H0对应的拟合误差平方和不同，可以找出拟合 误差平方和最小的H0 ，作为拟合结果 • 迭代计算：在一系列 H0 的假定下，重复上述计算，得 到相应的拟合误差平方和集(子样)
确定设计波的具体参数？ • 波浪长期分布的依据是：
H0, HC,
1. 海洋环境因素分析计算
《海洋工程环境学》
Environmental Mechanics of Ocean Engineering
1. 复习 海浪的短期分布
波高 H
采样：Hi ;TZi
海浪模型 窄带假定
H S ,TZ
过零周期 Tz 三一平均波高
瑞利分布
pH
2H H2
rms
exp
H H rms
1.4 海浪统计特征的长期分布律
1. 有义波高的概率密度函数
海上定点波浪观测短期子样的统计特征，有义波高的长期累 计子样为：
HS, j , j 1,2, , N N
大量观测分析表明，子样代表的随机过程仍然是一个平稳的 随机过程，可以寻求适当的概率密度函数来拟合观测结果。
1.4 海浪统计特征的长期分布律
TS HS
式中为TS 平均有效周期, 和 为拟合参数。同样可 以用两边取对数的方法进行线性化并用最小二乘方法 拟合。
1.4 海浪统计特征的长期分布律
相应于有义波高的平均过零周期
根据有义波高对应的平均过零周期的子样，一个两参数 的 Weibull 函数可以用来拟合该周期的长期分布：
P TZ HS
因此，讨论波浪运动短期统计特征的长期分布律，以期 确定小概率事件的参数，对于船舶与海洋结构物的设计是十 分必要的。
1.4 海浪统计特征的长期分布律