海岸动力学.doc

。海岸动力学复习提纲初始章 概论1、 基本概念海岸带：以海岸线为准，向陆地10公里，向海到-10m或-15m等深线范畴内为海岸带。海岸带又分为潮上带潮间带潮下带海岸线：沿海岸滩与平均大潮高潮面交线称为海岸线。潮上带：平均高潮以上潮间带：平均高潮与平均低潮之间潮下带：平均低潮以下2、 海岸类型基岩海岸基岩海岸主要由岩石组成，地质条件比较好，是建港的良好地点。沙质海岸组成的泥沙粒径0.06mmd1：1000。波浪对它的作用主要是迁移。主要功能为旅游业。淤泥质海岸淤泥质海岸由淤泥构成，泥沙粒径0.5有限水深波 0.05h/L0.5浅水波 h/L动能当很大时，动能势能由于非线性因素的影响，Stokes波作用在建筑物上的压力大于微幅波。（7） Stokes波理论在时才适用。2、 椭圆余弦波理论（图形见书本P50）采用雅可比椭圆余弦函数来描述，适用于波浪破碎之后波浪的传播。*章节小结：1、 深水情况时：波陡小时采用微幅波理论；波陡大时采用二阶形式Stokes波理论。2、 过渡水深情况时：各种理论均可使用，视具体情况而定。3、 浅水情况时：采椭圆余弦波理论或者孤立波理论。第2章 波浪的传播、变形和破碎第1节 深水波浪特性波浪具有随机性1、 统计分析（1） 上跨零点法（下跨零点法）（图示见书本P54）（2） 按部分大波平均值定义的特征波高：，（有效波高），（均方根波高）（3） 按超值累计概率定义的特征波高：，对比瑞利分布，有：，2、 谱分析（P58）顿谱、能谱、波能密度表达式：3、 波浪在深水中的弥散第2节 波浪在浅水中的变化1、 波浪守恒（前提：稳定的波浪场）波面方程，其中相位函数，所以有：表征着稳定的波浪场，表征着稳定不变。2、 波浪的浅水变形，当波浪垂直入射时，有，所以有：定义浅水变形系数，则*计算问题：已知、的情况下推求用浅水变形系数表达式计算（），有、三个量未知待求，则：直接可求，采用弥散方程；可间接求得，先采用弥散关系推求出（），再由即可求得；可由方程计算得到，其中3、 波浪的折射（P71）斯奈尔定律：由，可以将波高的表达式写为：其中为浅水变形系数，为折射系数：由此可以很好地解释辐聚与辐散现象。辐聚处为冲刷，辐散处为淤积。4、 波浪反射反射系数5、 波浪绕射绕射系数6、 波浪破碎（1） 极限条件波峰上的水质点的运动速度=波速（2） 极限波陡（3） 破碎指标破碎指标孤立波时，；Stokes波时，。（4） 破波角（5） 破碎波类型崩破波：海滩坡度较缓，深水波陡较大；卷破波：海滩坡度陡一些，深水坡陡中等；激破波：海滩坡度较陡，深水坡陡较小。第3章 近岸波浪流第1节 水流概述1、 潮流2、 大洋环流（物理海洋）3、 近岸波浪流近岸波浪流包括向岸流沿岸流离岸流（裂流）研究近岸波浪流的方法主要有力的平衡水体的平衡第2节 辐射应力1、 动量流时均情况下：则动量流表达式以及时均动量流表达式可以写成：2、 辐射应力总的动量流辐射应力定义：总动量流的时均值减去没有波动时候的静水压力（即剩余的动量流）定义表达式：第一个下角标表示辐射应力作用面的法线方向，第二个下角标表示力的作用方向。*计算表达式：（1） 波浪传播方向与轴重合：（2） 波浪传播方向与轴重合：（3） 循环播方向与轴成角：（为波向与轴一致时的辐射应力）由此可以推求有：第3节 波浪增水和减水1、 物理概念波浪的增减水：波动水面的时均值相对于静止水面的偏离值。2、 一维波浪增水减水方程（受力分析图见书本P113）记为作用在水柱上的辐射应力净力，为作用在水柱上的静水压力差，为床底对所受水柱压力的反作用力的水平分量。由，可以得到一维波浪增减水方程：在破波带外，随减小而增大，此时减水；在破波带内，减小，此时增水。3、 破波带外的减水和破波带内的增水（1） 破波带外减水减水公式：浅水时，在破波点处，（）（2） 破波带内增水增水面方程：，为一直线。增水公式：在岸边时，（）第4节 平直岸滩的沿岸流假设：波浪斜向入射，入射角很小；沿岸方向均匀一致（）；海滩具有无限长平直等深线；底坡均匀。1、 不考虑侧向掺混：沿岸流方程：，其中为摩阻系数，为近底水质点速度最大值，为沿岸流流速。（1） 在破波带外：（2） 在破波带内：有数种形式类似的表达式，并不确定。2、 考虑侧向掺混：沿岸流方程：，（1） 在破波带外：（2） 在破波带内：尚无解出沿岸流精确解析解的固定方法，但是参数的研究至为重要，图像见P123。第4章 海岸带潮波运动潮波是长波（浅水波）潮波运动:海面周期性升降是潮汐；海水周期性运动是潮流。超波理论：包括平衡潮理论（静力理论）动力理论。第1节 潮波动力理论控制方程：运动方程表征动量守恒；连续方程表征质量守恒。1、 运动方程：2、 连续方程：第5章 沙质海岸的泥沙运动无粘性泥沙沙质海岸粘性泥沙淤泥质海岸第1节 概述1、 泥沙运动类型：悬移质和推移质2、 海岸泥沙运动方式：海岸带横断面图（书本P5）离岸区：只存在推移质运动，地貌特征是沙纹；外滩：只有悬移质运动，地貌特征是滩槽、沙坝；前滩：既有推移质运动，也有悬移质运动，二者谁占主体由具体条件决定。向岸离岸方向的输沙运动导致海滩剖面的短期变化；沿岸方向的输沙运动导致岸线的周期变化。第2节 波浪作用下的推移质运动1、 波浪作用下的泥沙起动泥沙流动参数，式中：为近底水质点运动速度的最大值，为泥沙密度，为泥沙粒径。当大于临界值时，泥沙起动中细沙情况下（）：；粗沙情况下（）：。【为近底水质点轨迹半径（长半轴）】，。2、 推移质输沙率，（1） 爱因斯坦布朗公式推广：，其中为波浪条件下希尔兹参数：（2） 拜格诺能量输沙模型：，式中，为波浪水质点对泥沙所做的功；为任意方向水流速度；为近底水质点运动速度。第3节 波浪作用下的悬移质运动1、 沙纹床面上的悬沙运动*向岸沙云代表着泥沙向海输移！向海沙云代表着泥沙向岸输移！当向岸沙云浓度向海沙云浓度时，泥沙的输移是离岸向海的！悬沙高度=3倍沙纹高度，且上边浓度小，下边浓度大。2、 悬沙输沙率，为含沙量的垂线分布，为泥沙运动速度。为参考点高程，为参考点浓度，为波浪摩阻流速，为泥沙扩散系数和水质点扩散系数的比值。第4节 沿岸输沙率采用波能流法：沿岸输沙率为，波能流沿岸分量为：，沙质海岸时，有。第6章 岸滩演变海滩剖面反映着横向变化，岸线则反映着纵向变化。第1节 海滩剖面特征1、 海岸带2、 岸滩（海滩）：分为上边界和下边界。上边界一般为海岸某一自然地理变化点，比如海蚀崖、沙丘。下边界从地貌角度看是平均低潮位线；从海岸动力学角度来看则是波浪作用使泥沙发生运动的地方。（起动临界水深）3、 分区：由远及近依次为：离岸区、外滩、前滩、后滩。第2节 海滩剖面的变化1、 海滩平衡剖面：，2、 海滩剖面的变化：两类典型的海滩剖面分别是沙坝剖面（沙坝，槽谷）滩肩剖面（平坦滩肩）。沙坝剖面（风暴剖面）与滩肩剖面（常浪剖面）图示见书本P190。3、 典型剖面的转化条件：（1）根据的值来判别：时，为沙坝剖面；时，为滩肩剖面。（2）迪安根据的值来判别：时，为沙坝剖面；时，为滩肩剖面。（3）沙村和崛川（4）实验室中测得：时，为沙坝剖面；时，为平衡剖面；时，为滩肩剖面。实际工程中测得：时，为沙坝剖面；时，为滩肩剖面。第3节 岸线变形1、 岸线形态（1） 平衡海岸：不冲不淤，岸线是不变的；（2） 堆积性海岸：泥沙是淤积的，岸线是前进的；（3） 侵蚀性海岸：泥沙是侵蚀的，岸线是后退的。*其中平衡海岸又可分为三类：静态平衡海岸：，总输沙率为零（）；第一类动态平衡海岸：总输沙率不为零（），但是净输沙率为零（）；第二类动态平衡海岸：净输沙率不为零（），但是相邻两断面的净输沙率相等。2、 海岸工程建筑物引起的岸滩演变建筑物主要有抛石突堤离岸堤