[科普中國]-海洋工程水文

海洋工程水文，是一門為海洋工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理、運(yùn)行、決策提供水文依據(jù)的學(xué)科。

概述海洋工程水文研究與海洋開發(fā)和海洋工程建設(shè)有關(guān)的水文問題。如研究海水運(yùn)動(dòng)(波浪、潮汐、、、等)、海水物理性質(zhì)（溫度、鹽度、密度等）以及其他水文現(xiàn)象（泥沙運(yùn)動(dòng)、冰凌等）的變化規(guī)律和推算方法。為規(guī)劃與設(shè)計(jì)工程建筑物、研究工程建造后對(duì)所在海域水文條件的影響提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。1

研究范圍海洋工程水文研究的范圍，目前主要在海岸帶和近海。淺海區(qū)域的海洋水文條件十分復(fù)雜，常給海洋工程建設(shè)帶來很大困難。其中防浪掩護(hù)和泥沙淤積等問題，常成為建設(shè)中的技術(shù)關(guān)鍵。

潮汐引起的海面周期性升降幅度一般為幾米，最大達(dá)十幾米；風(fēng)暴引起的增水最高可達(dá)5～6米；海嘯引起的異常增水值可達(dá)10米以上，甚至幾十米。在確定海洋工程建筑物設(shè)計(jì)高程時(shí)必須予以考慮。通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和理論分析，研究潮汐、風(fēng)暴潮、海嘯的變化規(guī)律，可獲取與深度基準(zhǔn)面，最高潮位、平均大潮高潮位、平均大潮低潮位、最低潮位等各種特征潮位，風(fēng)暴增減水值以及海嘯的壅水高度和周期等資料。目前對(duì)潮汐理論和推算方法的研究已較完善，能根據(jù)一年（或更短時(shí)間）的潮汐觀測(cè)記錄，用調(diào)和分析法確定工程設(shè)計(jì)所需的潮汐要素。而風(fēng)暴潮,特別是海嘯的理論研究,目前還不成熟，風(fēng)暴增、減水值和海嘯要素值需根據(jù)長期實(shí)測(cè)資料（包括氣象資料），用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法來確定。

波浪是海洋環(huán)境最突出的動(dòng)力因素，常給海洋工程建筑物帶來很大荷載，有時(shí)每平方米可達(dá)3～5萬牛頓，甚至可把千噸以上的混凝土塊移動(dòng)若干米。因此，布置和設(shè)計(jì)建筑物時(shí)，必須首先確定波浪要素的尺度。波浪要素的確定與以下幾個(gè)方面有關(guān)：①通過波浪理論研究建立波要素（波高、波長、波速、波周期）和水深之間的內(nèi)在聯(lián)系，揭示波浪質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)、壓力變化、能量傳遞等基本規(guī)律。②通過風(fēng)浪資料的統(tǒng)計(jì)分析，建立波要素與風(fēng)要素（風(fēng)速、風(fēng)時(shí)、風(fēng)區(qū)）之間的關(guān)系，揭示風(fēng)浪的統(tǒng)計(jì)特征，研究風(fēng)浪的推算方法。③研究波浪傳入近岸淺水區(qū)內(nèi)的變化，搞清波浪折射、破碎、繞射、反射的機(jī)理，探求波浪變形后波要素變化的計(jì)算方法。在進(jìn)行科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)時(shí)，常采用某種特征波要素，如有效波高(波浪觀測(cè)系列中三分之一大波波高的平均值)、平均波周期或其他特征波要素作為依據(jù)。

在高緯寒冷海區(qū)，海灣和河口都有封凍問題。封凍后的冰凌，特別是流冰，對(duì)海洋工程有顯著影響和強(qiáng)烈破壞作用。建造海洋工程時(shí)必須考慮冰凌的荷載，了解海冰的冰期、冰型、冰的形態(tài)、冰塊大小和厚度、冰的密集度和冰量、流冰方向和速度等狀況和特征。

沿岸波浪破碎區(qū)以內(nèi)的泥沙，在波浪和海流等動(dòng)力因素共同作用下，常發(fā)生運(yùn)移,使岸灘發(fā)生沖淤演變,直接影響海岸工程的實(shí)際效益。因此，在海岸工程選址和確定平面布置方案時(shí),還必須研究沿岸泥沙輸移問題:泥沙來源和輸沙動(dòng)力因素;泥沙運(yùn)移速度、方向和數(shù)量;沙質(zhì)和淤泥質(zhì)海岸的淤積特點(diǎn)等。其中，輸送泥沙的沿岸流和近岸海流的變化很復(fù)雜，這種水流運(yùn)動(dòng)的機(jī)理還在探索之中。目前，海岸工程設(shè)計(jì)常根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料來確定所需要的海流特征值。2

研究方法海岸工程水文的研究，主要通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、理論分析和模型試驗(yàn)等手段進(jìn)行?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)是研究的基礎(chǔ)，用于積累原始資料，闡明各水文要素隨時(shí)間的變化過程和空間分布狀況。為此，觀測(cè)須在不同天氣條件、不同季節(jié)和不同潮汐情況下進(jìn)行。理論分析是用流體力學(xué)和數(shù)學(xué)的基本原理來研究水文現(xiàn)象的變化規(guī)律，并提出理論模式和計(jì)算方法。模型試驗(yàn)則是模擬天然情況，復(fù)演歷史變化過程并推演未來可能的發(fā)展過程。

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本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

郭亮 - 副教授 - 中國海洋大學(xué)