Приливы и отливы на Земле формируются главным образом под действием притяжения Луны и Солнца. Каждая час­тица водной оболочки Земли будет притягиваться Луной. Кроме того, на эту же частицу действуют центробежные си­лы от вращения Земли и Луны вокруг оси, проходящей через центр тяжести системы Земля—Луна. В результате сложения этих сил водная оболочка Земли должна деформиро­ваться. В каждой точке земной поверхности в период лунных суток, равных 24 ч 50 мин, дважды наступает прилив (полная вода) и дважды отлив ('малая вода).

Так как приливообразующая сила прямо пропорцио­нальна массе и обратно пропор­циональна кубу расстояния, то нетрудно вычислить, что действие Солнца будет примерно в 2.4 ра­за слабее действия Луны. Когда Луна, Земля и Солнце находятся на одной пря­мой, приливообразующие силы.

Луны и Солнца складываются и высота прилива будет наиболь­шей: При квадратурах, когда угол между направлениями с Земли на Луну и Солнце близок к прямому (первая и последняя четвер­ти Луны), приливообразующие силы Луны и Солнца противо­действуют и высота прилива будет наименьшей.

Изложенная выше “астрономическая” схема приливных явле­ний в значительной степени корректируется “земными” причина­ми. На общую картину этих явлений накладывается прежде все­го влияние инерции водных масс, а различные глубины моря, рельеф дна и очертания берегов в еще большей степени искажа­ют правильный периодический характер приливов и отливов. Вре­мя запаздывания момента наступления полной воды по сравне­нию с моментом прохождения Луны через меридиан называется лунным промежутком. Средний лунный про­межуток называется прикладным часом порта.

Амплитуды приливно-отливных колебаний уровня воды в от­крытых морях и океанах невелики — 1.5—2.0 м. Однако около морских берегов, в местах значительного влияния дна и берегов, и в особенности в глубине сужающихся заливов, происходит зна­чительное усиление приливно-отливных явлений. Так, например, в заливе Фунди в Северной Америке амплитуда приливов и отли­вов достигает 15 м, у Атлантического берега Франции она изменяет­ся от 2 до 12 м, у английских берегов—от 7 до 11 м. В отечест­венных морях эта амплитуда характеризуется следующими величинами: у Мурманского побережья—4.5 м, у горла Белого мо­ря—5.5 м, в Мезенском заливе—6—8 м, в Пенжинской губе Охотского моря — 11 м.

Во внутренних морях приливно-отливные явления выражены весьма слабо: в Балтийском, Черном и Каспийском морях при­ливная амплитуда измеряется всего несколькими сантиметрами.

Волнение. На поверхности любого водоема могут возникать и перемещаться волны. Причины возникновения волн различны” но главными можно считать землетрясения, силу притяжения Луны и Солнца и ветер. Землетрясения, эпицентр которых нахо­дится на дне океана, вызывают сейсмические волны, называемые цунами. Волны эти, почти незаметные для кораблей в открытом море, по мере приближения к берегу постепенно увеличиваются по высоте, и в результате на берег обрушиваются уже волны, высота которых может достигать десятков метров. Последствия воздействия таких волн катастрофичны. В 1896 г. действию цу­нами подверглась северо-восточная часть Японии. В вершинах заливов волны достигали высоты более 30 м, а на других уча­стках побережья, общей протяженностью около 320 км, высота волны была от 4 до 25 м. Волны цунами меньшей разрушительной силы возникают в различных точках земного шара ежегодно. Ввиду того, что от момента землетрясения до подхода цунами к берегу проходят часы, за по­следние годы в ряде стран, подверженных цунами, удалось на­ладить службу предупреждения. Поэтому, хотя эти волны по-прежнему производят опустошительные действия на берегах, но число человеческих жертв сводится к минимуму. Ввиду случай­ной природы цунами ясно, что учет этих волн в инженерных рас­четах сооружений затруднителен и связан с большими затратами при строительстве.

Волны приливные в большинстве случаев проявляются лишь в виде медленного подъема и спада уровней.

Наибольший интерес для портостроения представляют волны, возникающие под действием ветра. Размеры и характер ветровых волн зависят как от скорости ветра и его продолжительности, так и от протяженности водной поверхности, на которой ветер действует на воду. Поэтому на реках, если исключить устьевые участки крупнейших рек (Оби, Енисея, Лены и др.), волны не вызывают каких-либо затруднений для перегрузочных работ у причалов, а силовое воздействие волн на сооружения так мало, что его не учитывают. На крупных водохранилищах высота волн достигает 4 м, а у открытых берегов морей и океанов — 10 м и более. При отсутствии естественной защиты на водохранилищах и морях акватории портов приходится ограждать специальными сооружениями — молами и волноломами, которые подвергаются мощному силовому воздействию волн. Для правильной компонов­ки оградительных сооружений и выбора их конструкции необхо­димо знать как основные параметры волн, так и повторяемость волн по различным направлениям.

Расчеты по определению исходных параметров волн дают их средние значения: высоты Н, дли­ны К и периода Т. Для проекти­рования различных портовых объектов нужно знать высоты волн определенной обеспеченно­сти. Под обеспеченностью любо­го параметра волны в системе волн понимается выраженное в процентах количество волн, у ко­торых числовое значение пара­метра больше или равно, чем у остальных волн в ряду из 100 волн, проходящих непосредствен­но одна за другой через рас­сматриваемую точку акватории.

Большое значение для портостроения имеет дифракция волн — искривление лучей и изменение высоты бегущих волн, огиба­ющих препятствия, или проходящих через узкость. При прони­кании волн на акваторию порта волны распластыва­ются, а так как их гребни постепенно удлиняются, то высота волн довольно быстро уменьшается. На этом принципе основана за­щита акваторий портов от волнения при помощи оградительных сооружений. На акватории порта, кроме дифракции, может про­являться и рефракция волн под влиянием переменных глубин; кроме того, на волновой режим оказывает влияние отраже­ние волн от оградительных и причальных сооружений, а так­же рассеяние энергии волн на участках с малыми глуби­нами.

Течения. На свободных реках скорости течений и их направ­ления зависят от многих факторов, из которых важнейшими яв­ляются уклон реки, изменение уровня воды, плановая форма русла и распределение глубин.

При строительстве русловых портов на свободных реках сле­дует по возможности не нарушать естественного режима реки устройством выступающих в русло сооружений. Образующиеся в зоне выступающих частей сооружений местные вращательные те­чения могут быть опасны как для судов, так и для самих сооруже­ний— возможен размыв основания. Кроме того, такое вмешатель­ство в жизнь руслового потока может привести к нежелательным явлениям на прилегающих участках русла реки. При эксплуата­ционных расчетах учитывают влияние скорости течения на дви­жение судов.

У морских побережий течения вызываются различными при­чинами: ветром, волнами, приливно-отливными явлениями, разни­цей в температуре, плотности и солености воды и, наконец, раз­ностью широт различных точек моря. Большое влияние на харак­тер морских течений оказывает рельеф дна и конфигурация бере­га. Наибольшее практическое значение для портостроения имеют ветро-волновые и приливные течения, а также компенсационные течения, возникающие близ берегов у естественных или искусст­венных препятствий.