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0x2222z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z=-h2）在波面z=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=，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),,(),,(,,TtzxtzLxtzx）（。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：0x2222z定解条件：海底部边界条件：0tz=-h自由水面处：动力学边界条件：tg1z=0（能量守恒）运动学边界条件：0gt22zz=0边界条件：），（），，（zctxtzx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：Ag)sin(cosh)(coshtkxkhhzk9.色散方程：khgktanh2L=khgTtanh22c=TL=k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。2第三章1、波浪守恒：考虑一列规则波在变水深中传播。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。2、根据微幅波理论，siikHcncHH0002表明波浪进入浅水区后，波高会产生变化，这种变化称为浅水变形。3、随着水深变浅，如果波像与海底等深线斜交波向将发生变化，即产生折射。波浪斜向进入浅水区后统一波峰线的不同位置将按照各自所在的地点的水深决定其波速，处于水深较大位置的波峰线推进较快，处于水深较小位置的推进较慢，波峰线就因此而弯曲并逐渐趋于与等深线平行，波向线则趋于垂直于海岸线。波峰线和波向线随水深的变化而变化的现象称为波浪折射。第五章1、海岸波生流包括波浪破碎引起的沿岸流、裂流和近岸环流，还包括有波浪非线性导致的平均水流和长周期波，前者称为质量输移流，后者称为低频波浪。1、辐射应力：波浪运动过程中对周围流体产生的作用力2、伴随波浪的传播而出现的平均水平面的升高和降低称为波浪增水和减水，统称为波浪的增减水。波浪波高的空间变化将直接导致辐射应力的空间变化，而辐射应力的空间变化又将产生对周围流体的驱动力，辐射应力是产生波浪增减水的原因。第六章1、推移质泥沙：对于粒径相对较粗的泥沙颗粒，其在水动力作用下的运动往往贴近海床表面，并平凡和海床面的其他泥沙颗粒产生接触，我们把这部分泥沙称为推移质。2、悬移质泥沙：对于粒径相对较小的泥沙颗粒，当水动力作用增大，水流紊动较强时，泥沙颗粒可能长时间悬浮在水体中而不和床面产生接触，我们把这部分泥沙称为悬移质。悬移质增加了水流的单位容重，加大了水体的静水压力，影响河床颗粒间的水体；推移质则增加了河床表面的压力，加大了河床的稳定性，影响河床颗粒本身。第七张1、闭合水深：由于海岸处水深向岸减小，波高向岸增大，这使波浪由离岸深水区域向海岸浅水区域传播过程中，水质点速度的前后不对称性在逐渐增强，泥沙输移也从在深水区域的无净输移和无水底变形转变成在浅水区域的存在净输移和存在水底变形，这一转变对应的水深成为界限水深或闭合水深。2、波浪掀沙水流输沙：水流可以是近岸地区任何一种水流，包括潮流，风吹流，波生流以及低频波浪的流体指点速度。在近岸区，潮流一般相对较弱，特别是沙质海岸上，它不足以引起泥沙启动，但在细颗粒泥沙的海岸上，单靠潮流也可以是泥沙启动。对波流共存的情况，波浪起着掀沙的作用，而泥沙输移主要靠水流的携带作用。第八章1、平衡输沙是指一定时间内床面上泥沙的落於与泥沙的扬动在量值上相等。因而平衡输沙时床面高程是不变的。不平衡输沙是指水流的挟沙量与其挟沙能力不相适应，泥沙运动具有非饱和性，其与底床泥沙存在静交换，导致底床淤积或冲刷。当水流的含沙量大于它的挟沙能力，则水流负荷过大，落於床面的沙量将大于被冲起的沙量，使河床发生淤积，而水流的含沙量则逐渐减小，反之，当水流的含沙量小于它的挟沙能力，数流动含沙量可从底床得到补充，底床发生冲刷，水流的含沙量则逐渐增加。特点：水流的含沙量因与挟沙能力不相适应而逐渐变化，冲刷时含沙量逐渐增加，沉积时含沙量逐渐减小；悬移质的级配和床沙的级配也发生变化，冲刷时悬移质级配逐渐变粗，床沙逐渐粗化，淤积时悬移质级配逐渐变细，床沙逐渐细化。2、平衡剖面：初始坡度均匀的沙质海岸剖面在一定的海浪作用下很快会发生变形，经过充分长时间的稳定波浪作用之后，海岸剖面就会形成与来波条件相适应的形状而不再发生变化，这是的海滩剖面为平衡剖面。所谓的海滩平衡剖面就是在一定的条件下，海滩上任意点的泥沙均没有净位移剖面醒转维持不变的海滩形态。3、横向输沙的重要特点：破碎带内和破碎带外输送趋势不同：破碎带内泥沙输移主要是向离岸方向，而破碎带外泥沙输移主要是向海岸方向。前者是由海底回流作用导致，后者是由于非线性波浪的波峰出向前流体质点速度大于波谷处向后流体质点速度导致。第十章1、海岸硬防护是指在海岸建筑固体的海岸工程建筑物来对海岸来对海岸进行防护，包括采用护岸，丁坝，离岸堤等建筑物。2、海岸软防护是指利用自然沙为原料进行海岸人工喂养、人工输沙和建造人工海滩等以恢复海岸自然转台为目的的海岸防护措施。3（1）海岸带是陆地和海洋的交界带，沿海岸滩与平均大潮高潮面的交线称为海岸线。海岸带分为潮间带，潮上带，潮下带。（2）微幅波理论的自由水面动力边界条件：（3）（4）波浪对泥沙的水平作用力：表面阻力和水流加速度引起压力梯度力。（5）波浪折射：波峰线和波向线随水深变化而变化的现象。（6）涨落潮时波长的变化：涨潮时顺水流进入河口附近的海浪波长增大，波高减小；落潮时逆水流进入河口的海浪波长减小，使波陡增大，有时造成波顶破碎。（7）破碎波的类型：“崩波”型破碎波，“卷波”型破碎波，“激散波”型破碎波。（8）淤泥床面冲刷：浮泥层表面的冲刷；部分固结床面的表面冲刷；完全固结沉积物的整体冲刷。（9）近岸流包括：向岸流，沿岸流，离岸流。（10）波浪进入浅水区后的波能损失包括：摩阻损失，渗透损失和泥面波阻力损失。（11）紊流理论：动量交换通常可表示为：速度梯度和动量交换系数的乘积。1、涌浪是什么及其特点。答：当风平息后或风浪移动到风区以外时，受惯性力和重力作用，水面持续保持振动，这时的波动属于自由波，这种波浪成为涌浪。其特点是：海面呈现出较为规则的波峰和波谷，波形也较为圆滑，离风区愈远，波形愈规则。涌浪在深水传播过程中，由于水体内部的摩擦作用和波面与空气的摩擦等会损失一部分能量，主要能量则是在进行浅水区后受底部摩阻作用以及破碎时紊动作用所消耗掉。（或：波形相对圆滑；传播方向一致；波要素相同）2、建立简单波理论时所作的假设。答：（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）自由水面的压力是均匀的，且为常数；（4）水流运动是无旋的；（5）海底水平不透水；（6）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）波浪运动属于平面运动，即在xz平面内作二维运动。3、破波带及分区。答：波浪破碎点至岸边这一地带成为破波带。破波带大致可以分为3个区：外破碎区，内破碎区，上爬区。4、微幅波控制方程和定解条件。5、简述紊动扩散作用与重力作用的相互关系对泥沙冲淤关系的影响。（三个方面）答：紊动扩散作用给泥沙一垂直向上得力，重力作用使泥沙向下运动，所以（1）紊动扩散作用大于重力作用，泥沙冲刷；（2）紊动扩散作用小与重力作用，泥沙淤积；(3)紊动扩散作用等与重力作用，泥沙不淤不冲。立波的势动能是推进波的2倍。波流共同作用下的输沙率公式Q=载沙量*Vc破波带的分区：外破波区，内破波区，上爬区。运动泥沙可分为推移质和悬移质泥沙启动的表示方法个别动，少量动和大量动。按传播水深波可分为：深水波，有限水深，浅水波波浪非线性程度的三个特征比值：波陡（H\L），相对水深（h\H）和相对波长（L\h）二维势波的控制方程：波浪破碎时的波陡：自由水面的运动边界条件为：波向沿X轴的波面方程：一、简答1、简述波浪运动的两种方法。（1）欧拉法：是以空间某一个固定点为研究对象，研究在一质点流过固定点的运动特性，他研究的是某一流场的变化，能给出某一固定时刻空间各点的速度大小和方向。（2）拉格朗日法：从空间的某一直点为研究对象，研究该质点相对于初始条件的各个不同时间的位置，速度和加速度等。他研究的是某一质点的位置变化，即指点的运动轨迹。2、简述波浪破碎的类型及波陡范围。答：波浪的破碎类型为崩波型，卷浪型，激散型。深水波陡超过0.06的波倾向于崩波；深水波陡约介于0.03~0.06之间时，较平缓的岸坡上则形成卷波；小于0.009的深水波陡，较陡的海底上倾向于形成激散波，较平坦的海底则形成卷波。2、超波传播时的假设条件。答：（1）不考虑摩阻力和柯氏力（2）不考虑引潮力，朝波运动为自由波动；（3）朝波沿X方向运动；（4）海底水平（5）小振幅波动，非线性项可以忽略。