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0.06mm
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 φ η 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 2，21 />L h ）（深水波）： gk =2σ π 22 0gT L = π 20gT C = ②当10 π < kh 时，（即 102ππ 1/ 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 -=ξΘ，)(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 +→+ 波浪要素与流场测量实验指导 波浪要素的测量 一、试验时间： 二、实验地点：长沙理工大学水利实验中心实验大厅 三、实验人员： 四、实验仪器设备：水槽、造波机、防波堤模型、浪高仪、数据采集仪、秒表、米尺、照相机。 五、实验要求： 1、了解认知风浪槽结构，如图一所示，实验风浪水槽为40m（长）X 1m（高）X0.8m（宽），实际有效长度为37m。 图一 实验布置图 2、了解掌握风浪槽各个结构作用及操作流程 造波机：造波机在风浪的最前端，是制造波况的主要设备。按照设计要求可以制造规则波、椭圆波、不规则波、破碎波、孤立波、聚焦波。波况参数设置有：周期、波高、水深等等参数。 操作流程：严格按照造波机的开关机程序说明来执行。 效能网：在离造波机最远的地方，作用是减少多次反射。 3、了解测量仪器和采集仪器，并熟悉数据测量和采集 浪高仪：浪高仪为加拿大Richard Branker Research 公司生产的WG—50型。测量每个时刻波高的变化趋势：波高和周期。 采集系统：采集系统是武汉优泰软件有限公司生产的utelk采集系统T3232f以及北京东方振动和噪声研究所制造的INV306智能信号分析系统。 数据采集：浪高仪根据生产厂商的率定，导线与电源盒需要一一的对应连接，并且检查信号通信质量。浪高仪信号经过utelk采集系统转化为软件所能认识的信号，在电脑端进行采集。utelk采集系统设定根据实验数据需要进行设定，主要设定参数有：时间函数、通道标识、采集通道数、设备，描述、报警值、细化、频谱参数、分析频率、平均与谱线数、工程单位、校正因子、采集控制、频响函数、抗混滤波、程控放大、触发参数等等。 4、数据分析 熟练掌握实验所测电压值转化为工程值方法及步骤（浪高已经经过率定：20mv电压值对应1mm水深工程值），提高对数据的真伪判别能力。 学会根据两点法分离计算入射波与反射波波高。两点分离法的理论基础：见附页。 为了简捷，选择吴宋仁教授主编的《海岸动力学》p51方法。假设反射波是稳定，由于反射波具有和入射波相同的波长和周期，故在离模型x=n*L/2,n=0,1,2,3……,处出现最大波高Hmax=Hi+Hrf，在x=（2n-1）*L/4处出现最小波高：Hmin=Hi-Hrf。其中Hi为入射波，Hrf为反射波，反射系数为 Krf=Hrf/Hi。 根据计算转化的工程值，图表及文字分析水力要素随波况变化的趋势，主要是反射系数随波高、波周期、波长、水深等要素的变化趋势。 5、上交实验报告及数据分析结果。 6、培养动手能力，提高对实验的兴趣。 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： Homework (5) Standing waves often occur when incoming waves are completely reflected by vertical wall. At which phase would the wall be located ? 解：设正向波波形函数为：)cos(1 t kx a ση?= 势函数为：()t kx kh h z k ga σσφ?+=sin cosh )(cosh 1 反向波波形函数为：)cos(2 t kx a ση+= 势函数为：)sin(cosh )(cosh 2t kx kh h z k ga σσφ++?= 则两个波叠加后有 t kx a σηηηcos cos 22 1=+= 势函数为：t kx kh h z k ga σσφφφsin cos cosh )(cosh 221+? =+= 从而可以得到：t kx kh h z k a x u σσφsin sin cosh )(cosh 2+=??= 由于在防波堤（墙）的表面垂向速度必须为零,从而防波堤的位置在波腹处，由u 的表达式有 0sin =kx ? πn kx =即k n x π= （K ,4,3,2,1,0=n ）. As far as the water surface ,the particle velocity and the particle orbit are concerned,what are the differences between linear waves and second order Stokes waves ? 解： （1） 波形不同：二阶Stokes 波的波峰相比微幅波抬高，变尖变陡；波谷相比微幅波 也抬高，变得平坦； 波峰波谷不再关于静水面对称。 （2） 速度不同：二阶Stokes 波的水平速度在一周期内不对称。波峰时，水平速度增 加而历时变小；波谷时，水平速度变小而历时边长；随水深变浅现象尤为明显。 （3） 水质点轨迹不同：二阶Stokes 波的水质点轨迹不封闭，水质点运动一个周期后 有一个净水平位移；而微幅波的水质点运动轨迹封闭 。 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 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： 海岸动力学是土木工程专业的一门专业选修课，课程主要使学生认识与掌握海岸动力因素的基本理论和海岸泥沙运动的基本规律及其岸滩演变，使学生在港口选址、港口与航道工程的平面布置，港口与航道的回淤分析及海岸工程的环境影响等方面有一定的基础知识，为学习水运工程规划、港口工程和海岸工程等专业课程以及今后从事科学研究打下基础。 Coastal dynamics is a professional elective course for civil engineering majors. The course mainly enables students to understand and master the basic theory of coastal dynamic factors and the basic laws of coastal sediment movement and its beach evolution, so as to enable students to have certain basic knowledge in port site selection, plane layout of port and waterway engineering, siltation analysis of port and waterway, and environmental impact of coastal engineering It will lay a foundation for the study of water transportation engineering planning, port engineering and coastal engineering and scientific research in the future. 2.设计思路： 本课程以海岸动力学基本理论为主线，结合实验室实践的方式，使同学们将掌握 - 4 - 国家自然科学基金申请代码 E.工程与材料科学部 E01金属材料 E0101 金属结构材料 E010101 新型金属结构材料 E010102 钢铁和有色合金结构材料 E0102? 金属基复合材料 E010201 纤维、颗粒增强金属基复合材料 E010202 新型金属基复合材料 E0103? 金属非晶态、准晶和纳米晶材料 E010301 非晶态金属材料 E010302 纳米晶金属材料 E010303 新型亚稳金属材料 E0104? 极端条件下使用的金属材料 E0105 金属功能材料 E010501 金属磁性材料 E010502? 金属智能材料 E010503? 新型金属功能材料 E0106金属材料的合金相、相变及合金设计 E010601 金属材料的合金相图 E010602 金属材料的合金相变 E010603 金属材料的合金设计 E0107 金属材料的微观结构 E010701 金属的晶体结构与缺陷及其表征方法 E010702 金属材料的界面问题 E0108 金属材料的力学行为 E010801? 金属材料的形变与损伤 E010802? 金属材料的疲劳与断裂 E010803 金属材料的强化与韧化 E0109 金属材料的凝固与结晶学 E010901? 金属的非平衡凝固与结晶 E010902? 金属的凝固行为与结晶理论E0110 金属材料表面科学与工程 E011001? 金属材料表面的组织、结构与性能 E011002? 金属材料表面改性及涂层 E0111 金属材料的腐蚀与防护 E011101? 金属常温腐蚀与防护 E011102? 金属高温腐蚀与防护 E0112 金属材料的磨损与磨蚀 E011201? 金属材料的摩擦磨损 E011202? 金属材料的磨蚀 E0113 金属材料的制备科学与跨学科应用基础 E02无机非金属材料 E0201人工晶体 E0202玻璃材料 E020201 特种玻璃材料 E020202 传统玻璃材料 E0203结构陶瓷 E020301 先进结构陶瓷 E020302 陶瓷基复合材料 E0204功能陶瓷 E020401 精细功能陶瓷 E020402 压电与铁电陶瓷材料 E020403 生物陶瓷与生物材料 高等学校实验教材 海岸动力学》实验指示书重庆交通大学河海学院 二00 六年十二月 目录 、八、- 丄前言................................................................. 1.. 实验一波浪三要素测试实验............................................. 2.. 实验二波浪传质速度实验............................................... 7.. 实验三波浪传播浅水变形实验....................................................................... 1.. 0 实验四波浪作用下的泥沙运动实验....................................................................... 1.. 4 实验五不规则波谱分析实验....................................................................... 1.. 8 实验六岸滩演变演示实验....................................................................... 2.. 1 实验七波浪与水流相互作用特性实验....................................................................... 2.. 4 参考文献....................................................................... 2.. 8.. 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 二、 1、波速，相速度或速度是一个特定的相在介质中移动的速率或水中波峰移动的速率。它可以通过波长比周期进行计算。 2、深水——水深大于波长的一半，即2L h >，波的相速度很难被水深影响。深水情况适用于很多由于海上的风在海面引起的风浪； 有限水深——水深202L L h << 浅水——20 L h < 3、深水区的波浪外形是波长长且波高小的。当波浪进入浅水区，传播速度和波长减小，波浪变得陡峭，波高增加直到波列由被平缓的波谷分隔的尖的波峰组成。（上一句有点拗口。。。）我觉得后面的没用，不翻译了。 4、间接作用的波浪趋势和近岸的水深测量对沿岸流有影响。？当波浪以某一角度破碎时，波浪破碎的动量形成了和破碎波前进方向一致的近岸流和段波。成堆的波浪形成了在破波带内和海岸平行的沿岸流。沿岸流会顺着海岸在碎浪区和海岸间流动。当波浪很高而且波浪接近海岸的角度是垂直的时候，沿岸流是最强的。沿岸流的最大速度一般是在波浪表面接近破波点的位置出现。 3、波浪破碎类型有三种：崩破波、卷破波和激破波。这个不如书上的详细P78 崩破波：波浪首先在波峰顶端出现白色浪花，随着波浪向前传播，波峰顶部浪花不断产生，直至海岸附近。（波陡大，水底坡度小时发生） 卷破波：波峰的前沿面首先变得陡立，然后卷曲成舌状，舌状波峰逐渐向下翻卷，最后投入水中，发生破碎，并伴随着空气的卷入。（波陡中等，水底坡度中等）激破波：波峰前后逐渐变得非常不对称，之后在波峰前沿根部开始出现破碎，随后波峰前面大部分呈非常杂乱的破碎状态，并沿斜坡上爬。（波陡小，水底坡度较大）影响因素：深水波陡和海岸坡度 4、不考虑侧向混合时，沿岸流速呈三角形分布，在破波线处，沿岸流速最大，而在破波点外，没有沿岸流，因而在破波点流速分布不连续。考虑侧向混合时，由于侧向紊动动量交换，促使破波带内沿岸流动量向带外扩散，发生流速再分布。沿岸流速分布趋于平坦，最 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 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==?== 海岸动力学实验报告 专业年级： 姓名： 学号： 二〇一二年五月 中国南京 目录 实验一：波浪数据采集与波高统计实验 (3) 一、实验目的 (3) 二、实验要求 (3) 三、实验过程 (3) 四、结果分析 (4) 五、实验结论 (8) 实验二：波压力测量实验 (9) 一、实验目的 (9) 二、实验要求 (9) 三、实验水文要素 (10) 四、实验仪器 (10) 五、实验过程 (10) 六、结果分析 (11) 七、实验结论 (13) 实验一：波浪数据采集与波高统计实验 一、试验目的 了解波浪中规则波及不规则波的区别，波浪模型的一般方法，规则波波高、周期、不规则波高的统计方法。 二、试验要求 试验采用规则波及不规则波进行。 1、规则波及不规则波的测量。 2、规则波及不规则波特征值的统计。 3、试验报告的编写，要求报告能准确的反映试验目的、方法、过程及结论。 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、结果分析： 本次实验使用fortran90语言编写计算程序。 程序截图（作为运行结果，右为部分算法） 具体代码： PROGRAM MAIN IMPLICIT NONE INTEGER::I=0,I1=0,K=2000,J=0,NUM_MAX=0,NUM=0 !考虑K行 REAL::MAX=0,MIN=0,SUM_MAX=0,T REAL,DIMENSION(4,2000)::DA TA=0 !ASSUMING THA T K=100; DA TA(I,J)对应为第I 个变量的第J个数据，即数据文件中第J行第I列。数据共2000行 INTEGER,DIMENSION(100)::ZERO_POINT=0 !ASSUMING THA T K=100 REAL,DIMENSION(4,100)::HEIGHT=0 REAL,DIMENSION(4)::SUM_HEIGHT=0 OPEN(10,FILE='2A0407_8001.TXT') READ(10,*) DA TA CLOSE(10) DO NUM=1,4 SUM_MAX=0;ZERO_POINT=0;J=0 DO I=1,K-1 IF(DA TA(NUM,I)<1E-8) THEN IF(DA TA(NUM,I+1)>0) THEN !采用上跨零点法，DA TA(3,I)对应零点前最末负值，DA TA(3,I+1)对应零点后首个正值 J=J+1 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0.06mm 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 港口海岸与近海工程学院学术团队建设申请表 一、基本信息 所在单位：海岸及海洋工程研究所 二、组建基础（主要论文论著、授权发明专利和获奖目录） 2008年以来，郑金海教授在教学科研工作过程中有意识地开展团队建设，通过培育汇聚骨干、追踪研究前沿、服务国家需求，逐渐形成由10人组成的学术团队，2012年入选江苏省高校“青蓝工程”科技创新团队。 学术团队聚焦河口海岸水沙运动特性及其对港口航道与海岸工程的响应机制，综合应用理论分析、数值模拟、物模试验和现场观测等手段研究我国沿海的波浪、潮流和泥沙运动特性，为长江口、珠江口和东南沿海的港口航道与海岸工程研究提供波浪、潮流、盐度和泥沙模拟的先进计算方法。 2012年以来，学术团队成员合作发表学术论文61篇，其中SCI收录论文24篇、EI收录期刊论文8篇、其他期刊论文5篇、学术会议报告论文24篇；获全国行业科学技术奖3项；主讲本科课程“海岸动力学”入选国家精品资源共享课。SCI收录论文 （1）Zheng Jinhai, Zhang Chi, Demirbilek Zeki and Lin Lihwa. Numerical study of sandbar migration under wave-undertow interaction. ASCE Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, 2014, 140 (2): 146-159 （2）Zheng Jinhai, Wang Gang, Dong Guohai, Ma Xiaozhou, Ma Yuxiang. Numerical study on Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou problem for 1D shallow-water waves. Wave Motion, 2014, 51(1): 157-167 （3）Zheng Jinhai, Zhang Wei, Zhang Peng, Zhu Yuliang. Understanding space-time patterns of long-term tidal fluctuation over the Pearl River Delta, South China. Journal of Coastal Research, 2014, 30(3): 515-527 （4）Zhang Chi, Zheng Jinhai and Zhang Jisheng. Predictability of wave-induced net sediment transport using the conventional 1DV RANS diffusion model. Geo Marine Letter, 2014, 34(4): 353-364 科技名词 流体力学中的无因次量 ?阿基米德数?阿特伍德数?巴格诺尔德数?毕奥数 ?邦德数? Brinkman数?毛管数?柯西数 ?Damk?hler数?迪安数?底波拉数?埃克特数 ?埃克曼数?E?tv?s数?欧拉数?福禄数 ?伽利莱数?格拉斯霍夫数?G?rtler数?哈根数 ? Kc数?克努森数?拉普拉斯数?路易斯数 ?马赫数?磁雷诺数?马兰戈尼数?莫顿数 ?努塞尔特数?奥内佐格数?佩克莱特数?普兰特数 ?瑞利数?雷诺数?理查逊数?罗什科数 ?罗斯贝数?劳斯数?鲁阿克数?施密特数 ?舍伍德数?斯坦顿数?斯托克斯数?斯特劳哈尔数 ?苏拉特曼数?泰勒数?韦伯数?魏森贝格数 ?沃默斯利数 飞行原理 ?标准大气?气体状态方程?压强?完全气体?可压缩流体 ?不可压缩流体?声速?马赫数?临界马赫数?理想流体 ?黏性流体?黏性系数?雷诺数?普朗特数?努塞特数 ?施特鲁哈尔数?弗劳德数?流场?流线?流管 ?流谱?迹线?旋涡?有旋流?无旋流 ?等熵流动?定常流?非定常流?亚声速流?跨声速流 ?超声速流?马赫波?马赫角?马赫锥?膨胀波 ?压缩波?激波?层流?湍流?转捩 其他科技名词 ?分离[流] ?尾流?边界层?边界层位移厚度?边界层动量厚度?激波-边界层干扰?高超声速流?高超声速激波层?气动加热?伯努利方程 ?逆压梯度?顺压梯度?气动噪声?声爆?空气动力学 ?理论空气动力学?稀薄气体力学?磁流体动力学?声障?热障 ?自由流?源?汇?偶极子?旋涡破碎 ?环量?流函数?速度势?静压?动压 ?总压?静温?总温?驻点?拉瓦尔管 ?普朗特-迈耶流?锥形流?纳维-斯托克斯方程?连续方程?动量方程 ?能量方程?雷诺方程?欧拉方程?全速势方程?速度边界层 ?热边界层?间歇因子?边界层积分关系式?小扰动方程?扰动速度势 ?细长体理论?汤姆孙定理?库塔-茹科夫斯基定理?达朗贝尔佯谬?毕奥-萨伐尔公式 分类课程号课程名学 分 时 数 开课院系备注 1 2 3 4 5 6 7 8 通识教育必修课QT620010 军事理论 1 18 √学生处WL510011 体育（一） 1 36 √行政系WY110011 大学英语（一） 4 72 √英语系XX310020 大学计算机基础 2 36 √信息基础WL410010 中国近现代史纲要 2 36 √行政系WL510012 体育（二） 1 36 √行政系WY110012 大学英语（二） 4 72 √英语系XX310070 C语言程序设计 3 72 √计算机系WL410040 马克思主义原理 3 54 √行政系WL510013 体育（三） 1 36 √行政系WY110013 大学英语（三） 4 72 √英语系WL410030 概论 3 54 √行政系WL510014 体育（四） 1 36 √行政系WY110014 大学英语（四） 4 72 √英语系QT620020 形势与政策 2 36 √学生处WL420020 思想道德与法律基础3 54 √行政系学分小计39 11 10 8 8 2 学科基础课WL210011 高等数学A（一） 5 90 √行政系WG120030 工程制图 2 36 √机械系WL210012 高等数学A（二） 5 90 √行政系WL310011 大学物理(一) 3 54 √行政系WG110060 材料力学 3 54 √机械系WG110490 理论力学 3 54 √机械系WL210080 线性代数 2 36 √行政系WL210140 概率论与数理统计 3 54 √行政系WL310012 大学物理(二) 3 54 √行政系WL320020 物理实验 1 45 √行政系HH210340 水力学 3 54 √港航系WG110430 结构力学 4 72 √机械系HH210230 海岸动力学 2 36 √港航系HH210270 河流动力学 2 36 √港航系学分小计41 5 10 15 7 4 专业必修HH220540 工程地质与水文地质2 36 √港航系HH210530 工程水文学 2 36 √港航系 海岸动力学复习提纲初始章概论 1、基本概念 海岸动力学动力因素：风、浪、流 泥沙运动岸线变化 、潮汐海滩剖面变化岸线变形 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0.06mm 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 长期因素：风、波浪、潮汐、波浪流、海平面变化 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 中国海洋大学本科生课程大纲 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. 设讣思路： 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、流一泥沙运动一海滩变形”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 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圉和随机波、波浪的统讣特征和波谱概念、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 Homework(9) 1. A wave with a period of 15s and height of 2m is propagating in water of 20m, what is the maximum size of sediment that can be set in motion? 3320.522650/,1000/, 1.65215,2,20,2-313/,195,0.03220.61/, 1.45sinh 2sinh 2 D<0.5mm,0.21() 4.14,() D>0.5mm,(s s m m mc m c s mc c s kg m kg m T s H m h m c m s L m k L H H u m s a m T kh kh u a if D mm gD D u if ρρ ρρρ π πρθρρρθρ-======≈==== == ===?=-=-由图得不成立 0.2520.463() 2.79,) 2.79m a D mm gD D then D mm πρ=?==成立 2. A wave with a period of 5s is propagating normally toward the shoreline over bottom topography （地形） with straight and parallel contours. The wave height in deep water is 1.7m. The bottom is composed of a sand of 0.12mm diameter. What is the critical （临界） water depth for completely active movement? 2 00005,39.01, 1.5,0.1227.802/gT T s L m H s D mm L c m s T π ======= hc1 hc2 L1 L2 0.8 0.821548724 10 18.10073897 0.821548724 0.893870034 18.10073897 10.827527 0.893870034 0.922634489 10.827527 18.58829875 0.922634489 1.01013199 18.58829875 11.78067917 1.01013199 1.049560368 11.78067917 19.18646432 1.049560368 1.158604311 19.18646432 12.89789297 1.158604311 1.214599426 12.89789297 19.9353676 1.214599426 1.356111519 19.9353676 14.23791795 1.356111519 1.439676014 14.23791795 20.89883994 1.439676014 1.634385027 20.89883994 15.89676738 1.634385027 1.768702574 15.89676738 22.18664038 1.768702574 2.062443501 22.18664038 18.04672601 2.062443501 2.306859008 18.04672601 24.00998988 2.306859008 2.831375418 24.00998988 21.04387325 2.831375418 3.406313606 21.04387325 26.85535939 3.406313606 26.85535939 25.82867233 hc=3.406m波浪要素与流场测量实验指导
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河海大学海岸动力学第五次作业答案
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66海岸动力学
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海岸动力学介绍
港口海岸与近海工程学院团队考核申请表-河海大学港口海岸与近海
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港口航道与海岸工程专业 课程目录及学分
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12-海岸动力学课程大纲2016
河海大学海岸动力学Homework(9)
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