海岸动力学介绍

海岸动力学复习提纲

初始章 概论 1、基本概念

{{

、潮汐

动力因素：风、浪、流

岸线变化泥沙运动海滩剖面变化

岸线变形

海岸动力学→

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①潮上带②潮间带③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 ①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。 ②沙质海岸

组成的泥沙粒径0.06mm1：1000。波浪对它的作用主要是迁移。主要功能为旅游业。 ③淤泥质海岸

淤泥质海岸由淤泥构成，泥沙粒径<0.06mm 。潮间带比较发育，剖面坡度很缓，坡度1:500~1:2000。主要用途为围垦和养殖。 ④生物海岸

生物海岸包括1.红树林海岸和2.珊瑚礁海岸 1.红树林海岸：

红树林是公认的“天然海岸卫士”。我国的红树林海岸主要分布在海南，福建，台湾沿海。红树林海岸的作用主要有消浪、滞流、促淤、保滩。

2.珊瑚礁海岸：

是由珊瑚礁组成的海岸，是海防前哨。可用于潜水及海底观光。

3、海岸动力因素

变化

长期因素：风、波浪、

潮汐、波浪流、海平面

短期因素：台风、海啸

、风暴潮

长期因素具有周期性，相对确定性；短期因素具有偶然性。

4、海岸开发现况

①海岸港口建设

②围垦，建海堤

③海岸资源开发利用

1.土地资源

2.盐资源

3.渔场

4.油气资源

④海岸环境保护

5、海岸动力学研究方法

①理论分析

②实验室试验研究

③现场原型观测研究

④数学模拟研究

第一章波浪理论

第一节波浪的分类

1、按波浪所受干扰力和周期分类：

（1）表面张力波：周期最短，风是干扰力，恢复力是表面张力。

（2）重力波：周期1~30s，风是干扰力，恢复力是重力。{风浪

→

涌浪

（3）长周期波：周期5min~12h，由风暴或地震生成。

（4）潮波：周期10h或24h，由天体运功生成。

风浪：风浪直接受风力作用，是一种强制波。风浪的大小取决于风速、风时和风距的大小。特点：海面连续变化的紊乱的波峰和波谷，波形极不规则，波浪传播方向也变化不定。

涌浪：当风平息后或风浪推移到风区以外时，受惯性和重力作用，水面继续保持振动，这种波浪称为涌浪。特点：海面呈现出较为规则的波峰和波谷。离风区越远，波形越规则。

2、按波浪形态分类：

{规则波

不规则波

规则波：波形规则，具有明显的波峰和波谷，二维性质显著。

不规则波：波形杂乱，波高、波周期和波浪传播方向不定，在空间上具有明显的三维性质。

3、按波浪运动状态分类：

振荡波

推移波{

，振荡波又分为推进波和立波。

振荡波：波动中若水质点围绕其静止位置沿着某种固有轨迹作周期性的来回往复运动，质点经过一个周期后没有明显的向前推移，这种波浪称为振荡波。

推进波：振荡波中若波剖面对某一参考点作水平运动，波形不断向前推进，称为推进波。

立波：振荡波中若其波剖面无水平运动，波形不再推进，只有上下振荡，则称为立波。

推移波：波动中若水质点只朝波浪传播方向运动，在任一时刻的任一断面上，沿水深的各质点具有几乎相同的速度，这种波浪称为推移波。 4、按波浪传播海域的水深分类： ①深水波 h/L>0.5

②有限水深波 0.05

{

流线

欧拉法迹线拉格朗日法→→

2、现有理论： （1）微幅波理论 （2）有限振幅波理论 （3）椭圆余弦波理论 （4）孤立波理论

（5）斯托克斯波理论

其中，（1）为线性波理论，（2）（3）（4）（5）皆为非线性波理论。

第三节 微幅波理论 1、前提：

建立简单波理论时，作如下假定：

（1）流体是均质和不可压缩的，其密度为一常数。 （2）流体是无粘性的理想流体。 （3）水流运动是无旋的。

（4）自由水面的压力是均匀的且为常数。

（5）质量力仅为重力，表面张力和柯氏力可忽略不计。 （6）海底水平、不透水。 （7）波浪属于平面运动。 2、控制方程：

0222

2=??+??z

x φ

φ 式（1） 3、边界条件： （1）底部边界条件：

h z z

-==??,0φ

式（2） （2）自由表面边界条件：

ηηφφφ==+??+??+??z g z x t ,0])()[(212

2 式（3） 0=??-?????+??z

x x t φφηη 式（4） （3）侧边界条件：

),(),,(z ct x t z x -=φφ 式（5）

对于（3）（4）两式，首先忽略掉非线性项，然后做泰勒展开，有：

t

g ???

-=φ

η1 式（6） 0,0==??-??z z

t φη 式（7） （1）（2）（5）（6）（7）五个式子构成了的控制方程和定解条件。 4、微幅波理论解：

确定坐标系后，假定波面为一余弦函数曲线方程：)cos(2

t kx H

δη-?=， 同时，将速度势函数写为：)sin()(),,(t kx z f t z x δφ-?=， 联立控制方程和定解条件5个方程，可以推求出：

)sin()

(2),,(t kx chkh

h z chk gH t z x δσφ-?+?=

5、弥散关系： 由

thkh gHk

H ?=σ

σ22可以推出①，进而可以得到②③。 ①thkh gk ?=2σ

②h L

th gT L π

π222?= ③h L

th gT C ππ22?=

*：T 不变时，h 减小，L 变短，H/L 变大；h 不变时，T 愈长，L 愈大。 6、解的讨论： 高等数学h L

th gT C π

π22?=

知识点： 2kh

kh e e shkh --=

2

kh

kh e e chkh -+=

kh

kh kh

kh e e e e chkh shkh thkh --+-==

当kh 很大时，有0→-kh

e

，此时2

kh

e shkh chkh →=，则1=thkh ；

当kh 很小时，有1→=-kh kh e e ，此时1→chkh ，kh shkh →,则kh thkh →。 进一步讨论，可以得到弥散关系的不同具体形式： ①当π>kh 时，（即

ππ>h L 2，2

1

/>L h ）（深水波）： gk =2σ

π22

0gT L =

π

20gT C =

②当10

π

<

kh 时，（即

102ππ

1/

gh T L s = gh C s =

第四节 微幅波的运动和动力特性 1、水质点运动速度和加速度

)cos()

()cos()(2t kx shkh h z chk T H

t kx chkh h z chk gHk x u δπδσφ-?+?

=-?+?=??=

)sin()()sin()(2t kx shkh

h z shk T

H t kx chkh h z shk gHk z w δπδσφ-?+?=

-?+?=??= )sin()(22t kx shkh h z chk H t u w z u u x u t u dt du a x δσ-?+?=??≈???+???+??==

)cos()(22t kx shkh

h z shk H t w w z w u x w t w dt dw a u δσ-?+?-=??≈???+???+??==

2、水质点运动轨迹

假定水质点（0x ，0z ），水平位移ξ，垂直位移ζ，有：

),(00ζξξ++=z x u dt d ，),(00ζξζ++=z x w dt

d 在),(00z x 处分别对两个式子做泰勒展开，得到：

)sin()

(20t kx shkh h z chk H δξ-?+?-

= )cos()(20t kx shkh

h z shk H δζ-?+?=

)(0x x -=ξ ，)(0z z -=ζ，利用三角关系1cos sin 22=+θθ，得轨迹方程：

1)()(1])(2[)(])(2[)(2

2

022*******=-+-?=+?-++?-b z z a x x shkh

h z shk H z z shkh h z chk H x x ∴轨迹为一封闭椭圆。

进一步讨论有： （1）→=

?=2

00H

b z 自由表面边界条件 （2）→=?-=00b h z 底部边界条件 （3）a ，b 随水深变化 （4）深水情况下：

22)(00)(0kh

kz h z k e e e h z chk ?=→++

2

kh

e shkh →

2

2)(00)(0kh

kz h z k e e e h z shk ?=→++

则0

2

kz e H b a ?=

=，水质点轨迹为一个圆，随水深加深，半径越小。 （5）浅水情况下：

1)(0→+h z chk

kh shkh →

)()(00h z k h z shk +→+

则h

g

HT kh H a ?

=?=

π412，)1(20h z H b +?=，长轴a 为定值，b 随水深变深而减小，呈线性变化。 3、微幅波的压力场 由

0=++??gz P

t ρ

φ以及)sin()(2t kx chkh h z chk gH δσφ-?+?=，可以推出： )cos()

(2t kx chkh

h z chk H g gz P δρρ-?+??

+-= P 的表达式由两项构成，左边一项)(gz ρ-为静水压强，右边一项

)]cos()

(2[t kx chkh

h z chk H g δρ-?+??

为动水压强。压力分析图见书本P39。 *公式运用： ①求解)(h z -=η：

z

d

gk P ρη=

，d P 为动水压强，chkh h z chkh h z chk k z 1)(-=+=为压力影响系数。 测得h 、T ，用试算法由弥散关系计算出L ，然后L

k π

2=，则η可得。 ②由max P 、min P 、T 推求h 、H ：

直接写出max P 、min P 两个表达式组成方程组，有：

?????+=??-=chkh H g gh P chkh H g gh P 2

2m ax m in

ρρρρ

两式相加即可得h ，两式相减即可得H 。 4、波能

波能分为动能和势能：

{

势能：偏离平衡位置

动能：波浪水质点运动

（1）、一个波长范围内，单宽波峰线长度的势能p E ：

L gH gzdxdz E L p 20

16

1

ρρη

?=

=?

?

（2）、一个波长范围内，单宽波峰线长度的动能k E ：

L gH dxdz w u dxdz w u E L

h

L h

k 2220

220

16

1

)(2

)(2

ρρ

ρ

η=

+?=+?=?

?

?

?

-- （3）、一个波长范围内，总的波能E ：

L gH E E E k p 28

1

ρ=+=

（4）、平均波能E ：

L gH E 28

1

ρ=

（5）、波能流P （或波功率d P ）：

n c E kh

sh kh k L gH Pdudzdt T P T t t h ??=+??=?=

??--]221[2181120σρ （L gH E 281ρ=，k c σ=，]221[21kh sh kh

n +

=） n 称为波能传递率，n c C g ?=称为波形传播速度。

深水情况下：kh e kh sh kh

22

22>>→

，则有21=n ； 浅水情况下：kh kh sh 22→，则有1=n 。 5、波群和波群速度

假定有两列波，分别写出其波面方程：

????+-?+?=?--?-?=])2

()2cos[(2])2()2cos[(2

12t x k k H t x k k H σ

σησση

则①)2

2cos()cos(21t x k t kx H σ

σηηη?-??-?=+= ②波群速度dk

d k C g σ

σ=??=

： 由弥散关系式dk kh

ch gkh

thkhdk g d thkh gk 222+

?=??=σσσ，可得： n c kh

sh kh

c dk

d C g ?=+?==

]221[21σ 第五节 立波/驻波

1、波面(图示见教材P43)

t

kx H t kx H

t kx H

σηηησησηcos cos )cos(2

)cos(22121??=+=+?=-?=

波节位置处，0cos cos ==t kx σ，所以有0=η； 波腹位置处，1cos ±=kx 。 2、运动速度

t

kx chkh

h z chk gH t kx chkh

h z chk gH t kx chkh h z chk gH σσφφφσσφσσφsin cos )

()

sin()

(2)sin()

(22121??+?-=+=+?+?-=-?+?=

，则： t

kx shkh

h z shk H z w t kx shkh

h z chk H x u σσφσσφsin cos )(sin sin )

(??+?-=??=??+?=??=

在波节位置上，0=w ，所以u 达到最大； 在波腹位置上，0=u ，所以w 达到最大。 3、能量

2

2

4

1

81

gH e e e gH e e k p k p ρρ=+=== 当0sin =t σ时，则0==w u ，此时动能处处为零，势能达到最大； 当0cos =t σ时，有0=η，则u ，w 有max ，此时无势能，动能达到最大。 由此得到重要结论：

立波是一种周期性的转化，是动能和势能互相转化的过程。

4、运动轨迹

00cot )(kx h z thk ?+-=ξ

ζ

，为一直线。 5、不完全立波（部分立波）（图示见书本P43）

t kx a a t kx a a t kx a t kx a σσσσηsin sin )(cos cos )()cos()cos(212121??--??+=+?+-?=

{

????+=-=+=-=)(21

)(2

1

m in m ax 1m in m ax 221m ax 2

1m in a a a a a a a a a a a a 第六节 非线性波理论（不记公式）

深水中，波浪最主要的影响因素是：ε=L H /（波陡） 浅水中，波浪最主要的影响因素是：h H /（相对波高） 过渡水深中：厄塞尔数32/h Hl =υ 1、有限振幅斯托克斯波理论 ①摄动法：ε→L H / ②二阶解： （1）速度势函数 （2）)(2sin )

()

(2)(83)sin()

(4

2t kx kh sh h z k ch L H kT H t kx shkh

h z chk kT H σπσπφ-?+???+-?+?

=

【左边推倒：微幅波中)sin()(12t kx h z chk chkh

gH δσφ-?+??=

shkh kT H chkh thkh T gk gH chkh gH 1122122

?=??=??ππ

σσ)sin()(t kx shkh

h z chk kT H σπφ-?+?=?】 （3）波面

)(2cos )22()(8)cos(23t kx kh

sh kh th chkh L H H t kx H σπση-?+???+-?=

斯托克斯波波形与微幅波波形对比图示见书本P47

不难发现：斯托克斯波的波峰和波谷相比微幅波均往上提高了L

H 42

π。

（4）水质点的运动速度

)(2cos )()

(243)cos()

(42t kx kh sh h z k ch T H t kx shkh h z chk T H u σπσπ-?+??+-?+?

=

)(2sin )

()

(243)sin()

(4

2t kx kh sh h z k sh T H t kx shkh

h z shk T H w σπσπ-?+??+-?+?

=

图像见书本P48

（5）运动轨迹（图像见书本P49）

T kh sh h z k ch L H H σπξ?+?

?=

?)

()

(242

这种净水平位移造成一种水平流动，称为漂流或质量输移。 漂流速度：)

()

(2)(2122kh sh h z k ch c L H T v +???=?=

??πξ （6）波能（势能，动能不相等） 当kh 很小时，势能>动能 当kh 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125.0/>L h 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。

第二章 波浪的传播、变形和破碎 第一节 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：

max H ，10/1H ，s H H =3/1（有效波高）H ，∑?=

21

i rms H N

H （均方根波高）

（3）按超值累计概率定义的特征波高：

%1H ，10/1%4H H =，s H H =%13

对比瑞利分布，有：

H H 03.210/1=，H H 60.13/1=，H H rm s 13.1=

2、谱分析（P58）

顿谱、能谱、波能密度表达式：

)1(12112)

(∑∑?+?+??=??=σσσ

σσσσρσσn n E g a S 3、波浪在深水中的弥散 第二节 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)cos(2

t kx H

ση-?=

，其中相位函数t kx σ-=Ω，所以有： 0022=??=???=??+?????=??-???Ω?=??Ω?x

t k x t k t k x t x x t σ

σσ 0=??t k 表征着稳定的波浪场，)2(0T

x πσσ==??表征着T 稳定不变。 2、波浪的浅水变形

i b n c E b n c E ???=???)()(00，当波浪垂直入射时，有i b b =0，所以有：

i i i n c gH n c gH n c E n c E 2002008

1

81)(ρρ=?

??=?? 定义浅水变形系数0H H k i

s =

，则i

i i i i s n c c n c n c H H k 20000===

*计算问题：已知0H 、T 、h 的情况下推求i H 用浅水变形系数表达式计算（i

i i s n c c H H k 20

0==），有0c 、i c 、i n 三个量未知待求，则：

①o c 直接可求，采用弥散方程π

20gT

c =

； ②i c 可间接求得，先采用弥散关系推求出L （h L th gT L h T π

π22,2?=?），再由T

L

c i =

即可求得； ③i n 可由方程)221(21kh

sh kh

n i +=计算得到，其中L k π2=

3、波浪的折射（P71） 斯奈尔定律：

sin sin c c αα= 由i b n c E b n c E ???=???)()(00，可以将波高H 的表达式写为：

r s i i i k k H b b n c c H H ??=???

=000

021

其中s k 为浅水变形系数，r k 为折射系数：i

i r b b k ααcos cos 0

0=

=

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min

max min

max a a a a H H k i

rf rf +-=

=

5、波浪绕射

绕射系数i

d

d H H k =

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

7

1142.0)(

max 00max ===L H δ （3）破碎指标 破碎指标b

b

b h H r =

孤立波时，78.0=b r ；Stokes 波时，89.0=b r 。 （4）破波角

)/55.025.0(000L H b +=αα

（5）破碎波类型

①崩破波：海滩坡度较缓，深水波陡较大； ②卷破波：海滩坡度陡一些，深水坡陡中等； ③激破波：海滩坡度较陡，深水坡陡较小。

第三章 近岸波浪流 第一节 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①向岸流②沿岸流③离岸流（裂流） 研究近岸波浪流的方法主要有①力的平衡②水体的平衡 第二节 辐射应力 1、动量流

'u u u +=

时均情况下：?????

??????

?---------=2''

''''

'2

''

''''

'2'z

y

z x z z y y x

y z

x y

x x

u u u u u u u u u u u u u u u ρρρρρρρρρτ

则动量流表达式以及时均动量流表达式可以写成：

????

?????

?=????

?

?????

?=222222

0000w v vu uv u M w wv wu vw v vu

uw uv u M ρρρρρρρρρρρρρρ

2、辐射应力

总的动量流{

压力）

压力（静水压力、动水水质点运动速度

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：??---+=0

2)(h h xx Pdz dz u P S η

ρ

xx S ：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：

chkh h z chk k z k g P t kx H

t kx shkh

h z shk T H w t kx shkh h z chk T H u z z )

(),()

cos(2

)

sin()()

cos()

(+=

-?=-?=-?+?=-?+?

=

ηρσησπσπ

（1）波浪传播方向与x 轴重合： ①0==yx xy S S ②)2

12(-?=n E S xx

（2）波浪传播方向与y 轴重合：

)2

1

(-?=n E S yy

（3）循环播方向与x 轴成α角：

T A S A S ??=0（0S 为波向与x 轴一致时的辐射应力） ??

?

?

??-=ααααcos sin sin cos A ??

?

??

?-??????--????

??-=αααααα

ααcos sin sin cos 2/1002/12cos sin sin cos n n E S 由此可以推求有：

α

αα2sin 2

)12(21sin )12(21cos 22??==???

???-+?=?

??

???-+?=n

E S S n n E S n n E S yx xy yy xx

第三节 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1I 为作用在水柱上的辐射应力净力，2I 为作用在水柱上的静水压力差，3I 为床底对所受水柱压力的反作用力的水平分量。 由0321=++I I I ，可以得到一维波浪增减水方程：dx

d h g dx dS xx η

ηρ)(+-= 在破波带外，H 随h 减小而增大，00↑?dx

d dx dS S xx xx η，此时减水； 在破波带内，H 减小，00>?<↓?

dx

d dx dS S xx xx η

，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：kh

sh k

H 2812?-=η

浅水时，h

H kh kh sh 2

1612~2?-=?η

在破波点处，

20

8.0b b b H

h H -=?=η（%5） （2）破波带内增水

增水面方程：c kh +-=η，为一直线。 增水公式：)(h h k b b -+=ηη 在岸边时，b H 4

1max ≈η（%25） 第四节 平直岸滩的沿岸流 假设：

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【名词解释】 （15题×2分=30分） 第2章 1.海浪：风作用于海面产生的风浪 2.涌浪：风平息后海面上仍然存在的波浪或风浪移动到风区以外的波浪。 3.规则波不规则波/随机波浪:规则波波形规则，具有明显的波峰波谷，二维 性质显著。不规则波波形杂乱，波高，波周期和波浪传播方向不定，空间上具有明显三维性质。 4.混合浪：风浪和涌浪叠加形成的波浪 5.深水波，浅水波，有限水深波:深水波h/L大于1/2、浅水波h/L小于1/20、 其之间的称为有限水深波 6.振荡波：波动中水质点围绕其静止位置沿着某种固有轨迹作周期性的来会往 复运动，质点经过一个周期后没有明显的向前推移的波浪。 7.推进波:振荡波中若其波剖面对某一参考点作水平运动，波形不断向前推移 的波浪。 8.立波:振荡波中若波剖面无水平运动，波形不再推进，只有上下振荡的波浪。 9.推移波:波动中水质点只朝波浪传播方向运动，在任一时刻的任一断面上， 沿水深的各质点具有几乎相同的速度的波浪。 10.振幅：波浪中心至波峰顶的垂直距离；波高：波谷底至波峰顶的垂直距离 11.波长：两个相邻波峰顶之间的水平距离 12.波周期：波浪推进一个波长距离所需要的时间 13.波速、波数、波频等概念。 14.波的色散现象：不同波长（或周期）的波以不同速度进行传播最后导致波的 分离的现象 15.波能流:波浪在传播过程中通过单宽波峰线长度的平均的能量传递率 16.波能：波浪在传播过程中单宽波峰线长度一个波长范围内的平均总波能 17.波群：波浪叠加后反映出来的总体现象 18.波频谱（频谱）波能密度相对于组成波频率的分布函数 19.驻波:当两个波向相反，波高、周期相等的行进波相遇时，形成驻波。 20.孤立波：波峰尖陡、波谷平坦、波长无限大的波。 第3章 1.摩阻损失：海底床面对于波浪水流的摩阻力引起的能量损失； 2.浅水变形：当波浪传播至水深约为波长的一半时，波浪向岸传播时，随着水 深的减小，波长和波速逐渐减小，波高逐渐增大，此现象即为浅水变形； 3.波浪守恒：规则波在传播中随着水深变化，波速，波长，波高和波向都将发 生变化，但是波周期则始终保持不变。 4.波浪折射：当波浪传播进入浅水区时，如果波向线与等深线不垂直而成一偏 角，将发生波向线逐渐偏转，趋向于与等深线和岸线垂直的现象； 5.辐聚：在海岬岬角处，波向线将集中；辐散：在海湾里，波向线将分散； 6.波浪的绕射：波浪在传播中遇到障碍物如防波堤、岛屿或大型墩柱时，绕过 障碍物继续传播，这种现象称为波浪绕射； 7.绕射系数：绕射区内任一点波高与入射波高之比； 8.破波带：波浪破碎点至岸边这一地带称为破波带。 9.崩破波，激破波，卷破波（P78）

海岸动力学复习

填空 1波浪按波浪形态分为规则波和不规则波。大洋中的风浪是不规则波或随机波；离开风区后自由传播的的涌浪可视为规则波。 2波浪按传播海域的水深分为深水波、有限水深波和浅水波。分别将h/L =1/2和h/L =1/20作为它们之间的界限。 3波浪非线性的程度取决于波高、波长、水深的相互关系，在深水中影响最大的特征比值是波陡，在浅水中影响最大的是相对波高。 4波长较短的风浪进入水流较大的水域，或骑在波长较长的涌浪或潮波之上时，其波长、波速、波高及波向均将发生变化，而波周期保持不变。 5对波群速度与波速的关系而言，浅水波的波群速度为 C g =C s = gh ，深水波的波群速度为C g =12C 0。 6一般把h/L <1/20的波浪称为浅水波，其群速为C g =C = gh 7斯托克斯波的水质点运动轨迹不封闭，运动一个周期后有一净水平位移，造成一种水平流动，称为漂流或质量输移；造成泥沙净输运。 8近岸水流速度的垂向分布，可采用对数分布或指数分布两种形式。垂向水流结构的分层描述中常采用Boussinesq 假定。 9重力波周期的范围在1至30秒之间，周期为200秒的是低频波，潮波的周期大于 12小时 。 10海岸线是指 陆地与海水的边界线。从海岸动力学的角度，海岸带的范围是从波浪所能作用的海底，向陆延至暴风浪所能达到的上界。 12当两列波向相反，波高、周期相等的行进波相遇时，形成驻波。驻波的动能是入射行进波的2倍。 13非线性的有限振幅波理论主要有斯托克斯波理论、椭余波理论、孤立波理论等。 14一般认为，波浪破碎的运动学条件是波峰处水质点运动速度大于波峰相速度；动力学条件是质点离心力大于约束力重力，出现溢出现象。 15引潮力主要包括月球和太阳对地球上海水的引力，以及地球与月球绕其公共质心旋转产生的惯性离心力。 16辐射应力向岸的分量xx S 梯度驱动产生波浪增减水，xy S 梯度驱动产生沿岸流，yy S 梯度驱动 产生裂流和近岸环流。 17海洋潮波运动包括海面周期性升降,称为潮汐，和海水周期性流动称为潮流。 18沙质海岸的短期演变主要是指海岸横剖面在波浪和水流作用下的季节性冲淤变化。沙质海岸的典型剖面形式为沙坝剖面和滩肩剖面，也称为风暴陪面和常浪剖面。 19淤泥质海岸的地形变化与沙质海岸的变化有所不同，其主要特征往往是在动力较强的地方发生冲刷，在动力较弱的地方发生淤积。 20一列简单波浪进入浅水区后，在传播中随水深变化，其波速、波长、波高和波向都将发生变化，但是其波周期则始终保持不变，波浪这一性质为分析它从深水传播到浅水的变化提供方便。 21沿岸输沙是波浪和波生流共同作用引起的纵向泥沙运动，主要发生在破波带内，其机理是波浪掀沙和沿岸流输沙；沿岸流量最大输沙率出现在破波线和沿岸流速最大值之间。 22辐射应力可定义为波浪运动引起的剩余动量流。 23沿岸沙坝和滩肩是沙质海岸剖面形态的重要特性构造。卷破波是形成沿岸沙坝的主要原因。 24近岸流包括 向岸流 、沿岸流 和 离岸流 25海岸可分为 沙质 海岸和 淤泥质 海岸

海岸动力学-模拟卷(海事题库)

一、填空题 1.一列简单波浪进入浅水区后，在传播中随水深变化，其波速、波长、波高和波向都将发生变化，但是其波周期则始终保持不变，波浪这一性质为分析它从深水传播到浅水的变化提供方便 2.近岸流包括向岸流、沿岸流和离岸流 3.海岸可分为沙质海岸和淤泥质海岸 4.拜落诺能量输沙型可表示为载沙量和流速的乘积 5.近岸区泥沙运动按方向不同可分为横向运动和沿岸运动 6.沿岸输沙率的波能流法把沿岸输沙和波功率沿岸分量联系起来 7.以破波点为界，把水域分为近岸区和离岸区，近岸去进一步可以分为外滩、前滩、和后滩 8.波浪按形态可以分为规则波和不规则波 9.描述简单波的理论主要有微幅波理论和斯托克斯波理论 10.一直波周期为5s ，其水深波长为38.99米，波速为7.80米/秒 11.波谱)(σS 相当于波能密度相对于组成波频率的分布函数 12.在海岬岬角处，波向线集中，这种现象称为辐聚，在海湾里，波向线分散，称为辐散 13.泥沙连续方程dz ds s s s εω+中，s s ω为沉降率，dz ds s ε-表示紊动扩散引起的向上的泥沙通量，s ε为紊动扩散系数 14.沿岸输沙是波浪和波导沿岸流共同作用引起的纵向泥沙运动，主要发生在破波内，其机理是波浪掀沙和沿岸流输沙 15.辐射应力可定义为波浪运动引起的剩余动量流 16.一般将2L h =作为深水波和有限水深波的界限，将20 L h =作为有限水深波和浅水波的界限 17.描述不规则波系的方法主要有特征波法和谱表示法 18.方向谱是一种二维谱 19.破碎波的类型主要有崩破波、卷破波和激散波 20.在破波带外的浅水区，波高随水深减小而增大，因而辐射应力沿程增大，发生减水现象 21.泥沙活动参数D g u M s m )(ρρρ-=，它表示促使泥沙起动的力和重力引起的稳定力之间的比值 22.沿岸流量最大输沙率在破波线和沿岸流速最大值之间 23.沿岸沙坝和滩肩是沙质海岸的重要特性构造 24.卷破波是形成沿岸沙坝的主要原因 25.海滩的一个重要特性就是它的动态变化特性 名词解释： 1. 波浪增减水：波动水面时均值与静水面偏离值 2. 海滩平衡剖面：在一定条件下，海滩上任一点的泥沙均没有净位移，剖面形状维持不变

港口海岸水工建筑物课程教学大纲

港口海岸水工建筑物课程教学大纲 课程代码：74120110 课程中文名称：港口海岸水工建筑物 课程英文名称：Harbor Coastal and Hydraulic Engineering Construction 学分：2.5 周学时：2.0-1.0 面向对象： 预修要求：理论力学、材料力学、结构力学、土力学、钢筋混凝土结构基本原理、工程地质与水文地质、工程水文学、海岸动力学等 一、课程介绍 （一）中文简介 《港口海岸水工建筑物》课程是港口、航道与海岸工程专业的一门主要专业课，课程主要讲授港口水工建筑物设计计算的基本理论和构造知识。通过本课程的学习，需要掌握港口水工建筑物上的作用及其组合，掌握港口水工建筑物上各种荷载的计算方法，掌握重力式码头、板桩码头、高桩码头、修造船水工建筑物、防波堤设计计算的基本原理、内容、方法、步骤和构造知识，掌握码头设备的性能、作用、设备选型及设备的布置方式，掌握直立式、斜坡式防波堤结构型式及计算方法，掌握防波堤新的结构型式及计算方法。为将来从事港口工程的设计、施工、科研和管理等工作奠定基础。 （二）英文简介 The course “Harbor Coastal and Hydraulic Engineering Construction”is one of the most important basic undergraduate courses in Harbor, Coastal and Offshore Engineering. The course mainly introduces the calculation principle of the different structure design in coastal and offshore engineering. After taking this course, the basic theoretical principles and method for the design and plan of different ports and breakwaters will be well understood. The student will be capable of design the structures after several structure designs will be performed using the above methods during the course. 二、教学目标 (一)学习目标 了解各种型式码头结构构造、受力特点、适用条件以及国内外新型码头结构的发展情况，

(完整版)海洋科学导论复习提纲汇总

海洋科学导论复习提纲 第一章绪论 第一节、海洋科学研究内容 全球海洋总面积约3.6亿平方公里，平均深度约3800米，最大深度11034米。全球海洋的容积约为13.7亿立方公里，占地球总水量的97%以上。如果地球的地壳是一个平坦光滑的球面，那么就会是一个表面被2600多米深的海水所覆盖的“水球”。 地球科学体系是一个独特的、复杂的、交叉科学体系。它包括地理学、地质学、大气科学、海洋科学、水文科学、固体地球物理学。其相关学科有环境科学和测绘科学。 海洋科学是地球科学的重要分支之一。人们根据研究对象不同，通常把它分为：物理海洋学、海洋化学、海洋生物、海洋地质等四大学科。 （一）、研究内容 海洋科学的研究对象是地球表面的海洋，以及溶解或悬浮于海水中的物质，生存于海洋中的生物、海洋底边界、侧边界和上边界。是研究发生在海洋中各种的物理、化学、生物、地质地貌等各种现象和过程的发生，发展和演变规律及它们与环境相互作用、相互影响的规律的一门综合性科学。特点：1、特殊性与复杂性；2、作为一个物理系统，海洋中的三态变化无时不刻不在进行，是其他星球上未发现的。3、海洋作为一个自然系统，具有多层耦合的特点。 研究特点：1、明显依赖于直接观测；2、信息论控制论系统论等方法在研究中越来越显示其作用；3、学科分支细化与相互交叉渗透并重，而综合与整体化研究的趋势日益明显。 物理海洋学： 以物理学的理论、技术和方法研究发生于海洋中的各种物理现象及其变化规律的学科。主要包括物理海洋学、海洋气象学、海洋声学、海洋光学、海洋电磁学、河口海岸带动力学等。主要研究海水的各类运动(如海流、潮汐、波浪、紊流和海水层的微结构等)，海洋中温、盐、密和声、光、电的现象和过程，以及有关海洋观测的各种物理学方法。 海洋化学： 研究海洋各部分的化学组成、物质分布，化学性质和化学过程的学科。 海洋生物学： 研究海洋中一切生命现象和过程及其规律的学科 海洋地质学： 研究海洋的形成和演变，海底地壳构造和形态特征，海底沉积物的形成过程和有关海洋的起源及演化以及海洋地热、地磁场和重力场等。 新兴科学：工程海洋学，遥感海洋学，环境海洋学、军事海洋学和渔业海洋学等 （二）、海洋的特性 2.海水特性： 混合溶液：水、盐分、气体、悬浮有机物、悬浮无机物。 第二节海洋学研究意义 1海洋与人类生存环境关系密切；2.海洋蕴藏着丰富的资源（矿产、化学、生物、动力）3.军事、航运、港工、油气开发； 第三节海洋学研究方法 1.（物理海洋学）常规和遥感观测。 2.实验和数值模拟。 3.理论研讨 第四节海洋学研究发展史 1、早期研究（麦哲伦，库克，郑和、王充、哥伦布、列文虎克、牛顿、贝努力、拉瓦锡、 拉普拉斯）2.海洋科学研究开始（达尔文、1872～1876年，英国“挑战者”号考察被认

海岸动力学 内容汇总 (1)

海岸动力学 第一章概论 1、海岸带宽度按从海岸线向内陆扩展10km，向外海延伸到-15~-20m水深计算。 2、海岸的类型： 按照岸滩的物质组成可以把海岸分作基岩海岸、沙质海岸、淤泥质海岸和生物海岸等类型。 基岩海岸，特征是：岸线曲折、湾岬相间；岸坡陡峭、滩沙狭窄。此类海岸水深较大，掩蔽较好，基础牢固，可以选作兴建深水泊位的港址。 沙质海岸：岸线平顺，岸滩较窄，坡度较陡，常伴有沿岸沙坝、潮汐通道和泻湖。此类海岸常是发展旅游、渔港的良好场所。 淤泥质海岸：此类海岸岸线平直，一般位于大河河口两侧，岸坡坦缓、潮滩发育好、宽而分带，潮流、波浪作用显著，以潮流作用为主；潮滩冲淤变化频繁，潮沟周期性摆动明显。淤泥质海岸滩涂资源丰富，有利于发展海洋水产养殖、发展海涂圈围成为陆用于发展农业与盐业或畜牧业等其他产业。 生物海岸：包括红树立海岸和珊瑚礁海岸。 海岸的基本概念：海岸是海洋和陆地相互接触和相互作用的地带，包括遭受海浪为主的海水动力作用的广阔范围，即从波浪所能作用到的海底，向陆延至暴风浪所能达到的地带。 外滩：指破波点到低潮线之间的滩地。 离岸区：破波带外侧延伸到大陆架边缘的区域。 淤泥质海岸从陆到海由三部分组成：潮上带，位于平均大潮高潮位以上；潮间带，为平均大潮高潮位到平均大潮低潮位之间的海水活动地带；和潮下带，在平均大潮低潮位向海一侧。 海岸侵蚀：指海水动力的冲击造成海岸线的后退和海滩的下蚀。 引起海岸侵蚀的原因主要有两种：一是由于自然原因：如河流改道或入海泥沙减少、海面上升或地面沉降、海洋动力作用增强等；二是由于为人原因，如拦河坝的建造、滩涂围垦、大量开采海滩沙、珊瑚礁，滥伐红树林，以及不适当的海岸工程设施等。 常见的海岸动力因素主要有：

海岸动力学复习提纲

第一章 1.▲按波浪形态可分为规则波和不规则波。 2.按波浪破碎与否波浪可分为：破碎波，未破碎波和破后波 3.★根据波浪传播海域的水深分类：①h/L=0.5深水波与有限水深波界限②h/L=0.05有限水深波和浅水波的界限，0.5>h/L>0.05为有限水深；h/L≤0.05为浅水波。 4.波浪运动描述方法：欧拉法和拉格朗日法；描述理论：微幅波理论和斯托克斯理论 5.微幅波理论的假设：①假设运动是缓慢的u远小于0，w远小于0②波动的振幅a远小于波长L或水深h，即H或a远小于L和h。 6.(1)基本参数：①空间尺度参数：波高H:波谷底至波峰顶的垂直距离；振幅a:波浪中心至波峰顶的垂直距离；波面η=η(x,t):波面至静水面的垂直位移；波长L:两个相邻波峰顶之间的水平距离；水深h:静水面至海底的垂直距离②时间尺度参数：波周期T：波浪推进一个波长所需的时间；波频率f：单位时间波动次数f=1/T；波速c：波浪传播速度c=L/T (2)复合参数：①波动角(圆)频率σ=2π/T②波数k=2π/L③波陡δ=H/L④相对水深h/L或kh 7.(1)势波运动的控制方程（拉普拉斯方程）： (2)伯努利方程： 8.定解条件（边界条件）：①在海底表面水质点垂直速度为零，②在波面z=η处，应满足两个边界条件：动力边界条件：自由水面水压力为0；运动边界条件：波 面的上升速度与水质点上升速度相同。自由水面运动边界条件：③波 场上、下两端面边界条件：对于简单波动，常认为它在空间和时间上呈周期性。 9.①自由水面的波面曲线：η=cos(kx-σt)*H/2②弥散方程：σ2=gktanh(kh)③弥散方程推得的几个等价关系式：L=tanh(kh)*gT2/(2π),c=tanh(kh)*gT/(2π),c2=tanh(kh)*g/k 10.★弥散（色散）现象：水深给定时，波周期愈长，波长愈长，波速愈大，这样使不同波长的波在传播过程中逐渐分离。这种不同波长（或周期）的波以不同速度进行传播最后导致波的分散现象称为波的弥散（或色散）现象。 11.①深水波时：波长L0=gT2/(2π)；波速c0=gT/(2π)②浅水波时：波长L s=T；波速c s= 12.微幅波水质点的轨迹为一个封闭椭圆，但不是一直为椭圆，在深水情况下，水质点运动轨迹为一个圆，随着质点距水面深度增大，轨迹圆的半径以指数函数形式迅速减小。 13.波浪压力p z=-ρgz+ρgHcosh[k(z+h)]/[2cosh(kh)]，等号右边第1项为静水压力部分，其值始终为正值，第二项为动水压力部分。此公式值在波峰时为最大，波谷时为最小。 14.一个波长范围内，单宽波峰线长度的平均总波能：=E/L=ρgH2/8，单位为J/m2 15.★波能流：波浪传播过程有能量传递，通过单宽波峰线长度的平均能量传递率称波能流。 16.★辐射应力：作用在垂直于底面的单位水柱体四个侧面上的由于动量交换而产生的应力的时均值，单位是N/m。 17.描述波系大小有两种方法：①对波高、周期等进行统计分析，采用有某种统计特征值的波作为代表波的特征波法；②谱表示法。

海岸动力学考试复习大纲

海岸动力学考试复习大纲 一、考试类型：闭卷 二、考试题型 包括 1、名词解释 2、证明或推导题 3、问答题 4、计算题 三、复习考试时间 十七、十八周 四、期末考试所占分数（60%） 五、考试范围 1、名词解释 小振幅波理论深水波及浅水波、波能流辐射应力有效波高能谱方向谱 波浪守恒波能守恒波浪浅水变形波浪折射 波浪增水减水、边缘波、低频波浪、海岸垂向环流 港湾共振开尔文波潮流椭圆无潮点 载沙量体积输沙率平衡输沙、不平衡输沙 2、证明推导 P61-62页，2.4、2.5、2.7题 1）根据波能守恒推导浅水系数

2）根据有限水深极限波陡的表达式推导浅水波浪破碎的判别指标3）试推导河口潮汐的格林定律 4）证明平直海岸破波带外沿岸流速为0 5）p82, 3-7题。5-5题 3、问答题 2-2题； 1）、试利用小振幅波理论解释水质点运动的特征 2）、有限斯托克斯波的主要特征 3）、试解释动水压力在不同水深（浅水、深水、有限水深）的分布特征 4）、试解释深水波与浅水波的差异（波浪要素、水质点速度及轨迹、压力）？ 5）、何谓波浪破碎？有什么判别准则？波浪破碎的特点是什么？6)、简述辐射应力在碎波带内外的变化规律 7）、简述近岸流方程中各项的意义 8）、简述波浪增减水在碎波带内外的变化规律 9）、简述沿岸流在碎波带内的分布特征 10）、请利用简化的潮波理论，阐述地形、径流对一个喇叭形状的、水深由口外向河口湾顶端逐渐减少的河口湾潮汐的影响 教材4.2~4.4题 5.3 -5.4 题，7-1~7-4题，7-7~7-8题

4、计算题 1）掌握深水、浅水波的判别方法，计算深水波和浅水波的波长、波速 2）计算水质点的最大速度、水质点轨迹直径及近底层最大速度 3）计算波能、波动压力 4）掌握波浪浅水系数、折射系数的计算，计算给定水深的波高，判断波浪是否破碎 5）掌握正向入射波浪辐射应力的计算公式及掌握波浪最大减水公式及增水公式，计算给定波浪的增减水 6）掌握沿岸流的计算，如 若等深线平行，深水波高m H 20=，周期s T 8=，深水波向角 300=α，不考虑海滩坡度的影响，请计算并判断5m 水深处波浪是否破碎？1.0m 水深处呢？计算碎波带内平均沿岸流流速。（如b b m b l u v ααcos sin 7.2=） 7）掌握水流强度参数及希尔兹参数的计算公式，泥沙起动的一种判别方式，并判别给定波浪、水深，其泥沙是否被起动？ 8）均匀平直的海岸等深线，深海入射波高2 m ，周期5 sec ，波浪入射角为?15，碎波线处入射角为?5，试求一日的沿岸输沙量。（()b b b g a y EC Q θθα=cos sin 取 06.0=αa ） 9）综合：从波长~波高~水质点速度、轨迹~泥沙起动（沿岸流、沿岸输沙等）

最新煤化学复习资料

煤化学复习资料 一、名词解释 1、真相对密度：在20℃时，单位体积（不包括煤的所有孔隙）煤的质量与同体积水的质量之比。 2、视相对密度：在20℃时，单位体积（不包括煤粒间的空隙，但包括煤粒内的孔隙）的质量与同体积水的质量之比。 3、反应性：在一定温度下煤与不同气体介质（如二氧化碳、水蒸气、氧气等）相互作用的反应能力。 4、结焦性：在工业条件下将煤炼成焦炭的性能。 5、粘结性：煤在隔绝空气条件下加热时，形成具有可塑性的胶质体，黏结本身或外加惰性物质的能力。 6、热稳定性：块煤在高温下保持原来粒度的性能。 7、煤的风化：靠近地表的煤层受大气和雨水中氧长时间的渗透、氧化和水解，性质发生很大变化的过程。 8、内在水分：煤在一定条件下达到空气干燥状态时所保持的水分。 9、外在水分：在一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时失去的水分。10、透光率：煤样和稀硝酸溶液，在100℃（沸腾）的温度下，加热90min后，所产生的有色溶液，对一定波长的光（475nm）透过的百分数。11、孔隙率：煤粒内部存在一定的孔隙，孔隙体积与煤的总体积之比。12、高位发热量：由弹筒发热量减去硝酸生成的热和硝酸校正热后得到的发热量。13、恒容低位发热量：由高位发热量减去水（煤中原有的水和煤中氢燃烧生成的水）的汽化热后得到的发热量。 二、填空1、由高等植物形成的煤称作腐殖煤，由低等植物形成的煤称作腐泥煤。 2、影响变质作用的因素主要有：温度、压力、时间。 3、煤的大分子结构是由多个结构相似的基本结构单元通过桥键连接而成的。 4、由泥炭逐渐转变为岩石状的褐煤的这一过程称为煤的成岩作用。 5、煤的有机显微组分有镜质组、壳质组、惰质组。 6、工业分析将煤分为水分、灰分、挥发分、固定碳四种组分。 7、煤灰中主要的成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO。 8、胶质体的性质有：热稳定性、透气性、流动性、膨胀性。 9、常见的气化介质有二氧化碳、水蒸气、氧气。10、粘结性烟煤热解过程分为干燥脱吸、活波分解、二次脱气三个阶段。10、煤的宏观煤岩成分包括镜煤、亮煤、暗煤、丝炭。

海岸动力学复习要点

海岸动力学复习要点 第二章波浪理论的复习要点 1、名词解释 波能流、深水波、浅水波、波浪频散关系、波群、驻波、波动压力、有效波高、波浪能谱、 波浪方向谱 2、证明推导 12(1)证明线性波单位水柱体内平均动能和势能都为(10分) gH,16 (2)P61 2-4\2-7 3、计算题 1)、深海入射波高2 m，周期8 s，海底泥沙粒径D=0.2mm，计算水深h=30米、h=5m处的 波长、波速及水质点近底层最大速度及轨迹直径。 2-12题 2-11题 2-17题 3、简答题 1)、试利用小振幅波理论解释水质点运动的特征 2)、有限斯托克斯波的主要特征 3)、试解释动水压力在不同水深(浅水、深水、有限水深)的分布特征 第三章波浪的传播和破碎的复习要点 1、名词解释 波浪守恒、波能守恒、波浪折射、破波带 2、证明推导题

1)、证明，若岸滩具有平直且相互平行的等深线时，该岸滩任一点(水深为h)的折射 coscos,,00k,,系数为 rcos，，khcosarcsinsintanh(),，，,i0，， c02)、推导浅水变形系数 k,s2cnii 3、简答题 1)、水深(地形)对波浪传播的影响表现在哪些方面,请结合小振幅波理论阐述地形(水深)要素是怎样影响的, 2)、请简述水流运动(如潮流运动)对波浪传播的影响 3)、3-1题、3-2题 4、计算题 1)、均匀平直的海岸，等深线平行，深海入射波高2 m，周期10 sec， (1) 若波浪垂直入射海岸，计算水深5.0米处的波高，判断该处波浪是否破碎, (2)若波浪斜向入射，入射角为15:，碎波线处入射角为5:，计算破波波高及破波水深。 2)3-3题 3)3-4题、3-9题、3-10题 近岸波浪流复习要点 1、名词解释 辐射应力、波浪增水、波浪减水、沿岸流 2、证明推导 1,,,H1) 证明碎波带外波浪作用下发生减水现象，碎波点减水最大， bb120,,H2) 证明碎波带内、岸线位置增水最大 maxb43) 根据线性波理论，证明碎波带外沿岸流为0 ,,,5tg4) 证明，不考虑侧向混合的影响，碎波带内的平均沿岸流为 V,usin,lmbb16Cf 3、思考题 1) 简述辐射应力在浅水区和碎波带的变化规律 2) 波浪增减水是如何发生的,

海岸动力学复习题word资料29页

第一章 波浪理论 1.1 建立简单波浪理论时，一般作了哪些假设? 【答】：（1）流体是均质和不可压缩的，密度ρ为一常数； （2）流体是无粘性的理想流体； （3）自由水面的压力均匀且为常数； （4）水流运动是无旋的； （5）海底水平且不透水； （6）作用于流体上的质量力仅为重力，表面张力和柯氏力可忽略不计； （7）波浪属于平面运动，即在xz 水平面内运动。 1.2 试写出波浪运动基本方程和定解条件，并说明其意义。 【答】：波浪运动基本方程是Laplace 方程：02222=??+??z x φ φ或写作：02=?φ。该方程属 二元二阶偏微分方程，它有无穷多解。为了求得定解，需有包括初始条件和边界条件的定解条件： 初始条件：因波浪的自由波动是一种有规则的周期性运动，初始条件可不考虑。 边界条件： （1）在海底表面，水质点垂直速度应为0，即 =-=h z w 或写为在z=-h 处， 0=??z φ （2）在波面z=η处，应满足两个边界条件，一是动力边界条件、二是运动边界条件 A 、动力边界条件 0212 2=+??? ???????? ????+??? ????+??==ηφφφ η η g z x t z z 由于含有对流惯性项??? ? ??????? ????+??? ????2221z x φφ，所以该边界条件是非线性的。

B 、运动边界条件，在z=η处 0=??-????+??z x x t φφηη。该边界条件也是非线性的。 （3）波场上下两端面边界条件 ),(),,(z ct x t z x -=φφ 其中c 为波速，x -ct 表示波浪沿x 正向推进。 1.3 试写出微幅波理论的基本方程和定解条件，并说明其意义及求解方法。 【答】：微幅波理论的基本方程为：02=?φ 定解条件：z=-h 处， 0=??z φ z=0处， 022=??+??z g t φ φ z=0处，?? ? ????-=t g φη1 求解方法：分离变量法 1.4 线性波的势函数为()[]() ()t kx kh z h k gH σσφ-?+?= sin cosh cosh 2， 证明上式也可写成()[]() ()t kx kh z h k Hc σφ-?+?= sin sinh cosh 2 【证明】： 由弥散方程：()kh gk tanh 2?=σ以及波动角频率σ和k 波数定义: T πσ2= , L k π 2= 可得：()kh L g T tanh 22π πσ?=? ， 即 ()()kh kh L T g cosh sinh ? ?=σ 由波速c 的定义：T L c = 故：()()c kh g kh sinh cosh ?=?σ 将上式代入波势函数： ()[]() ()t kx kh z h k gH σσφ-?+?= sin cosh cosh 2 得： ()[]() ()t kx kh z h k Hc σφ-?+?= sin sinh cosh 2 即证。

海岸动力学复习资料

1 海岸动力学复习资料 第一章 1.海岸带宽度按从海岸线向内陆扩展10KM,向外海延伸到-15~-20m 水深计算。 2.海岸类型：基岩海岸，砂质海岸，淤泥质海岸，生物海岸。 3.海岸的基本概念：海岸是海洋和陆地相互接触和相互作用的地带，包括遭受波浪为主的海水动力作用的广阔范围，即从波浪所能作用到的海底，向陆延伸至暴风浪所能到达的地带。 4.海岸动力因素：波浪的作用、 海岸波生流、潮流的作用、径流的作用、海流的作用、风暴潮和海啸、风的作用、海平面上升。 5.波浪是引起海岸变化的主要因素。 6.近岸波生流——波浪传至近岸地区发生变形、折射与破碎，不仅其尺度改变了，同时还形成的一定水体流. 7.沿岸流——斜向入射的波浪进入海滨地带后，在破波带引起一股与海岸平行的平均流。 8.裂流流速很高，会带动强烈的向外海输移的泥沙运动。 9.潮流对海岸的作用：影响海岸带波浪的作用范围及作用强度；影响海岸带地貌类型的发育；潮流流速影响海岸带的侵蚀与淤积。 10.河流径流挟带着大量的泥沙在河口外扩散和沉积，是海岸淤涨的主要物质来源之一，导致在河口外发育着河口三角洲或三角港。 第二章 1.风浪的大小取决于风速、风时和风距的大小。由于风速风向复杂多变，风所引起的海浪在形式上也极为复杂，波形极不规则，传播方向变化不定，不可能用简单的确定性数学公式来描述，所以经常把风浪称为不规则波。 2.波浪的分类: 1）按形态分类：规则波和不规则波 2）按传播海域的水深分类：深水波、有限水深波、潜水波（深水波与有限水深波界限为h/L=1/2，潜水波与有限水深波界限为h/L=1/20）。 3）按运动状态分类：震荡波、推进波、推移波 4）按破碎与否分类：破碎波、未破碎波、破后波 5）按运动学和动力学的处理方法：微幅波和有限振幅波 3.波浪运动控制方程 0x 222 2=??+??z φ φ 4.定解条件： 1）海底表面设为固壁，因此水质点垂直速度为零。0z =??φ z=-h 2）在波面 z=η处，应满足动力学边界条件 运动学边界条件。动力学边界条件为水面上压力为常数，因此取 z=η，并令p=0，得到自由表面动力学边界条件。 3）流场左右两端的边界条件可根据简单的波动在空间和时间上呈周期性来却确定。在空间上看的波要素是相同的，在时间上看一个周期后的要素也应相等，故波场上下两端面边界条件可表示为 ),,(),,(,,T t z x t z L x t z x +=+=φφφ）（。 5.建立简单波理论时，一般作如下规定：流体是均质和不可压缩的，其密度为常数；流体是无粘性的理想液体；自由水面的压力是均匀的且为常数；水流运动是无旋的；海底水平、不透水；质量力仅为重力，表面张力和柯氏力可忽略不计；波浪属于平面运动，在xz 平面内坐二维运动。 6.微幅波理论的控制方程和定解条件 控制方程：0x 222 2 =??+??z φφ 定解条件：海底部边界条件：0t =??φ z=-h 自由水面处： 动力学边界条件：t g 1??- =φ η z=0（能量守恒） 运动学边界条件： 0g t 22=??+??z φ φ z=0 边界条件：），（），，（z ct x t z x -==φφ 7.微幅波理论的意义：假设运动是缓慢的，波动的振幅A 远小于波长L 或水深h 。 8.微幅波势函数：σ φAg =)sin(cosh ) (cosh t kx kh h z k σ-+ 9.色散方程：kh gk tanh 2 =σ L=kh gT tanh 22 π c=T L =k σ 10.波的色散现象：不同波长或周期的波以不同的速度进 行传播最后导致的分散现象。该现象表明了：波浪的传播还与水深有关，水深变化时，波长和波速也将随之变化。 11.微幅波单宽波峰线长度一个波长范围内平均的波浪动能和势能相等。 12.波能流：波浪在传播过程中存在能量传递，通过单宽波峰线长度的平均的能量传递率。

海岸动力学试验

目录 试验1：波浪数据采集及波高统计试验 一、…………………………………………………………试验目的 二、…………………………………………………………试验要求 三、…………………………………………………………试验过程 四、…………………………………………………………数据处理 五、…………………………………………………………结果分析 六、…………………………………………………试验结论与感悟试验2：波压力量测试验 一、…………………………………………………………试验目的 二、…………………………………………………………试验要求 三、……………………………………………………试验水文要素 四、…………………………………………………………试验仪器 五、…………………………………………………………试验过程 六、…………………………………………………………数据处理 七、…………………………………………………………结果分析 八、…………………………………………………试验结论与感悟

试验一：波浪数据采集及波高统计试验 一、试验目的 了解波浪中规则波及不规则波的区别，波浪模型试验的一般方法，规则波波高、周期、不规则波波高的统计方法。 二、试验要求 1、规则波及不规则波的测量与特征值的统计。 2、明确实验目的。掌握实验原理。掌握基本仪器的使用，包括波浪数据采集系统和水槽造波机的使用方法。通过自己设计出不同波长、波高的规则及不规则波，参与造波及数据采集的全过程，了解波浪物理模型试验的最基本方法。正确处理实验数据，能通过处理采样数据文件统计各种累积频率波高，发现规律，得出实验结论。分析实验误差，提出减少误差的方法，分析误差的范围。 3、编写实验报告，要求报告能准确反映实验目的、方法、过程和结论。 三、试验过程 试验中共设置四根波高传感器，四个同学为一组，每人采用其中一根传感器的数据计算波高，规则波采样时间为20s，不规则波采样时间为80s左右。 规则波试验结果主要统计平均波高。波峰减波谷即为波高，将采集到的所有波高进行算术平均，得到规则波的平均波高。不规则波试验结果主要统计有效波高。波峰减波谷即为波高，将采集到的所有波高进行排序，取前1/3大波进行算术平均，得到不规则波的有效波高。 四、数据处理 本次实验使用fortran90语言编写计算程序，对数据进行处理。 1、规则波 （1）程序编写

海岸动力学

海岸动力学 第一章 1.海岸带宽度按从海岸线向内陆扩展10km，向外海延伸到-15~-20m水深计算。 2.海岸的类型：基岩海岸，砂质海岸，淤泥质海岸，生物海岸（包括红树林海岸和珊瑚礁海岸）。 3.海岸的组成部分：海滩，滩肩，后滩，前滩，外滩，离岸区，溅浪带，破波带，近岸区，海岸带（图见p5） 4.淤泥质海岸由陆到海：潮上带，潮间带，潮下带。 5.海岸地貌特征：海岸地貌是由波浪、潮汐、海流、风和生物等作用，在地壳运动，构造岩性等因素影响下的海岸水底地表形态。 6.海岸地貌的平面形态：沙嘴，连岛沙洲，泻湖，岬角，韵律海岸，沙脊，障壁岛，淤泥海岸地貌 7.淤泥海岸地貌：侵蚀地貌：潮水沟，潮汐通道 淤积地貌：潮汐三角洲，潮间浅滩，湿地（然后成为海积平原）8.海岸动力因素：波浪的作用，海岸波生流，潮流的作用，径流的作用，海流的作用，风暴潮和海啸，风的作用，海平面上升。 9.本节课的研究方法：1）理论分析方法2）实验室试验方法3）数学模型4）现场调查研究（P25优缺点要会编） 第二章 10.波浪的分类 按波浪形态分类：规则波（涌浪），不规则波（风浪和混合浪） 按波浪传播海域的水深分类：深水波，h/L=1/2，有限水深，h/L=1/20，浅水波 按波浪运动状态分类：振荡波（立波），推进波（推移波） 按波浪破碎与否分冷：破碎波，未破波，破后波 根据波浪运动的运动学和动力学处理方法：微幅波（线性波），有限振幅波（非线性波）

11.波浪运动的描述方法：微幅波理论，有限振幅波理论，椭圆余弦波理论，流函数波理论（p29） 12.波浪运动控制方程：拉普拉斯方程（实质不可压缩流体的连续性方程） 定解条件：1）海底表面设为固壁，因此水质点垂直速度应为零。 2）在波面z=-η处应满足动力学边界条件和运动学边界 条件 3）流场左、右两端的边界条件可根据简单波动在空间和 时间上呈周期性来判断 13.微幅波的质点运动轨迹：封闭椭圆（水面处b=A，即为波浪的振幅；水底处 b=0，说明水质点沿水底只作水平运动） 14.弥散方程——计算P34 15.波能：E K=1/4ρgA2 E P=1/4ρgA2 E= E K + E P =1/2ρgA2 波能传播速度：c g=cn 16.波群：不同周期不同波高的许多波叠加在一起，不规则波 波群速度同波能传播速度：c g=cn 17.驻波的特点：1）存在腹点和节点 2）势能及动能均为行进波的两倍，总能量不变 18.斯托克斯波（p45） 19.浅水非线性波理论：椭圆余弦波，孤立波 习题：2-9,2-10,2-11,2-12,2-14 第三章 20.波浪的浅水损失：1）摩阻损失2）渗透损失3）泥面波阻力损失 21.波浪浅水变形：底摩阻引起波高损失 22.波浪折射：1）引起波向线变化2）引起波高变化

河海大学海岸动力学Homework(8)参考资料

Homework (8) 港一 黄鹏飞 1103010124 1. A deep-water wave of period 8.5 s and height 5 m is approaching the shoreline normally. Assuming the seabed contours are parallel, estimate the wave set-down at the breakpoint and the wave set-up at the shoreline. (78.0=b γ) '00''1/50002 020.563, wave is approaching the shoreline normally:5,(/) 112.75, 5.248, 6.72821wave set down at the breakpoint :0.2624,0.1862018/(3)wave set u b b b b b b b b H the H m H H H L H gT L m H m h m H m K πγηγ========-≈-=-==+-p at the shoreline :0.988b b Kh m ηη=+= 2. A wave train propagates toward a beach with slope 1/30. The wave height in deep water is 2 m, the wave period is 8 s and the breaker angle is 15 o. Find the mean velocity(平均速度) of the long shore current within breaker zone. (βγtan 6.572.0,009.0,0.1+===b w s f K ) 2 000000 '0021/7'00tan 1/30,2,8,99.87,1525(1)tan sin ,41.65,0.72 5.6tan 0.907160.25 5.510.236,0.88, 1.75918/(3)0.76(tan )(/)b b l mb b w r b b gT H m T s L m K v u H f L K k H kH m H H L βαπ απβααγβγβ======-====+=+======+=? 破波点处波高1/4'0 2.2572.488,0.5b b mb b H H h m u γγ-==== 0.50.50.907 2.188/1.574/mb l u m s v m s γ==?==

水力学与工程水文方金强

《水力学与工程水文》课程教学大纲 学时数：60 学分：4 课程性质：专业基础课 适用专业：港口工程技术 连云港职业技术学院建工院部 2012 年7 月22 日

一、本课程的性质、地位、作用以及与其它相关课程内容的联系 水力学是港口工程技术专业必修的一门重要的专业基础课。 水力学课程的主要任务是使学生掌握水流运动的一般规律和与之有关的基本概念、基本理论、水力计算的基本方法与实验的基本技能，为学习后续专业课程、从事专业技术工作奠定基础。 二、本课程的教学目标 1、具有一定的理论知识。 ①正确理解水力学基本概念（如恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流、层流与紊流、缓流与急流等）。 ②掌握水力学基本理论，如连续方程、能量方程、动量方程等。 ③掌握分析水流运动的总流分析法。 2、对工程中的一般水流问题具有分析与计算的能力。如静水总压力的计算；管道及明渠断面尺寸的确定；堰闸过流能力的分析与计算等。 3、掌握测量水位、压强、流量、流速的基本方法和操作技能。 4、掌握基本的工程水文知识，包括水文循环的过程、水库调度等。 三、教学内容和基本要求 第一章、绪论 教学内容： 1.1水资源及其开发利用 1.2水的物理特性 1.3课程的研究内容与任务 基本要求：掌握流体的连续介质模型、流体的主要物理性质：易流动性、密度与重度、粘性与理想流体模型、压缩性与不可压模型、表面张力特性、汽化压强特性；掌握作用在流体上的力的两种形式：质量力与表面力 第二章、水静力学 教学内容： 2.1静水压强及其特性 2.2重力作用下静水压强的分布规律 2.3作用于平面壁上的静水总压力 2.4作用于曲面壁上的静水总压力

海岸动力学

中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 海岸动力学是海岸工程和海岸带资源综合开发利用的理论基础，对于利用与开发海岸带、保护海岸工程至关重要，更是海港建设的关键。本课程包括波浪理论、波浪传播和破碎、近岸水流运动特性、海岸波生流、泥沙基本特性、沙质海岸泥沙运动、沙质海岸形态和变形、淤泥质海岸泥沙运动和岸滩演变以及海岸防护等内容。 2.设计思路： 本课程内容以海岸动力因素（主要为波浪与流）作为出发点，以该动力因素作用下的泥沙运动基本规律为基础，以海滩上的泥沙运动与冲淤规律作为归结。在讲授中以“波浪、流→泥沙运动→海滩变形”为主线，内容具体编排如下： （1）第一章概论 1）主要内容：海岸动力学的定义、研究内容、研究方法、发展简史及和专业的关系 2）教学要求：了解海岸动力学的定义、研究内容、研究方法、发展简史及和专业的关系 3）重点、难点：无 - 3 -

4）其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：无 （2）第二章波浪理论 1）主要内容：微幅波理论、有限振幅波理论、浅水非线性波理论、各种波浪理论的适用范围和随机波、波浪的统计特征和波谱概念、波浪在深水中弥散与传 播 2）教学要求：掌握微幅波理论、有限振幅波理论、浅水非线性波理论、各种波浪理论的适用范围和随机波、波浪的统计特征和波谱概念、波浪在深水中弥散与 传播 3）重点、难点：微幅波理论、有限振幅波理论；有限振幅波理论、浅水非线性波理论 4）其它教学环节：实验3学时，内容是驻波形成试验 （3）第三章波浪传播和破碎 1）主要内容：波浪在浅水中变化、波浪的破碎等。波浪在水流中的运动特性和底摩阻引起的波能衰减 2）教学要求：掌握波浪在浅水中变化、波浪的破碎等。了解波浪在水流中的运动特性和底摩阻引起的波能衰减 3）重点、难点：波浪在浅水中变化、波浪的破碎等；波浪在水流中的运动特性和底摩阻引起的波能衰减 4）其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：实验5学时，内容是波浪浅化效应试验 （4）第四章近岸水流运动特性 1）主要内容：潮波运动简介、速度垂向分布 2）教学要求：掌握潮汐原理、了解海流速度垂向分布 - 3 -