海岸動力學(xué)復(fù)習(xí)資料

1、海岸動力學(xué)復(fù)習(xí)資料弟一章海岸帶寬度按從海岸線向內(nèi)陸擴(kuò)展10KM,向外海延伸到-15-20m水深計算。海岸類型：基巖海岸，砂質(zhì)海岸，淤泥質(zhì)海岸，生物海岸。海岸的基本概念：海岸是海洋和陸地相互接觸和相互作用的地帶，包括遭受波浪為主的海 水動力作用的廣闊范圍，即從波浪所能作用到的海底，向陸延伸至暴風(fēng)浪所能到達(dá)的地帶。海岸動力因素：波浪的作用、海岸波生流、潮流的作用、徑流的作用、海流的作用、風(fēng)暴 潮和海嘯、風(fēng)的作用、海平面上升。波浪是引起海岸變化的主要因素。近岸波生流一一波浪傳至近岸地區(qū)發(fā)生變形、折射與破碎，不僅其尺度改變了，同時還形 成的一定水體流.沿岸流一一斜向入射的波浪進(jìn)入海濱地帶后，在破波帶引

2、起一股與海岸平行的平均流。裂流流速很高，會帶動強(qiáng)烈的向外海輸移的泥沙運(yùn)動。潮流對海岸的作用：影響海岸帶波浪的作用范圍及作用強(qiáng)度;影響海岸帶地貌類型的發(fā)育； 潮流流速影響海岸帶的侵蝕與淤積。河流徑流挾帶著大量的泥沙在河口外擴(kuò)散和沉積，是海岸淤漲的主要物質(zhì)來源之一，導(dǎo) 致在河口外發(fā)育著河口三角洲或三角港。弟二章風(fēng)浪的大小取決于風(fēng)速、風(fēng)時和風(fēng)距的大小。由于風(fēng)速風(fēng)向復(fù)雜多變，風(fēng)所引起的海浪在 形式上也極為復(fù)雜，波形極不規(guī)則，傳播方向變化不定，不可能用簡單的確定性數(shù)學(xué)公式來 描述，所以經(jīng)常把風(fēng)浪稱為不規(guī)則波。波浪的分類：1）按形態(tài)分類：規(guī)則波和不規(guī)則波2）按傳播海域的水深分類:深水波、有限水深波、潛水波

3、（深水波與有限水深波界限為h/L=1/2, 潛水波與有限水深波界限為h/L=1/20）。3）按運(yùn)動狀態(tài)分類：震蕩波、推進(jìn)波、推移波4）按破碎與否分類：破碎波、未破碎波、破后波5）按運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的處理方法：微幅波和有限振幅波波浪運(yùn)動控制方程定解條件：1）海底表面設(shè)為固壁，因此水質(zhì)點垂直速度為零。z=-h2）在波面 z=處，應(yīng)滿足動力學(xué)邊界條件運(yùn)動學(xué)邊界條件。動力學(xué)邊界條件為水面上壓力 為常數(shù)，因此取2=，并令p=0，得到自由表面動力學(xué)邊界條件。3）流場左右兩端的邊界條件可根據(jù)簡單的波動在空間和時間上呈周期性來卻確定。在空間 上看的波要素是相同的，在時間上看一個周期后的要素也應(yīng)相等，故波場上下兩

4、端面邊界條 件可表示為。建立簡單波理論時，一般作如下規(guī)定：流體是均質(zhì)和不可壓縮的，其密度為常數(shù)；流體是 無粘性的理想液體；自由水面的壓力是均勻的且為常數(shù)；水流運(yùn)動是無旋的；海底水平、不 透水；質(zhì)量力僅為重力，表面張力和柯氏力可忽略不計；波浪屬于平面運(yùn)動，在xz平面內(nèi) 坐二維運(yùn)動。微幅波理論的控制方程和定解條件控制方程：定解條件：海底部邊界條件：z=-h自由水面處：動力學(xué)邊界條件：z=0 （能量守恒）運(yùn)動學(xué)邊界條件：z=0邊界條件：微幅波理論的意義：假設(shè)運(yùn)動是緩慢的，波動的振幅A遠(yuǎn)小于波長L或水深h。微幅波勢函數(shù)：色散方程：L= c=波的色散現(xiàn)象：不同波長或周期的波以不同的速度進(jìn)行傳播最后導(dǎo)致的

5、分散現(xiàn)象。該現(xiàn) 象表明了：波浪的傳播還與水深有關(guān)，水深變化時，波長和波速也將隨之變化。微幅波單寬波峰線長度一個波長范圍內(nèi)平均的波浪動能和勢能相等。波能流：波浪在傳播過程中存在能量傳遞，通過單寬波峰線長度的平均的能量傳遞率。g * M弟三章1、波浪守恒：考慮一列規(guī)則波在變水深中傳播。在傳播中隨著水深變化，波速、波長、波 高和波向都將發(fā)生變化，但是波周期則始終保持不變。2、根據(jù)微幅波理論，表明波浪進(jìn)入淺水區(qū)后，波高會產(chǎn)生變化，這種變化稱為淺水變形。3、隨著水深變淺，如果波像與海底等深線斜交波向?qū)l(fā)生變化，即產(chǎn)生折射。波浪斜向進(jìn)入淺水區(qū)后統(tǒng)一波峰線的不同位置將按照各自所在的地點的水深決定其波速，處

6、于水深較大位置的波峰線推進(jìn)較快，處于水深較小位置的推進(jìn)較慢，波峰線就因此而彎曲并 逐漸趨于與等深線平行，波向線則趨于垂直于海岸線。波峰線和波向線隨水深的變化而變化 的現(xiàn)象稱為波浪折射。-J-* Vr.弟五早1、海岸波生流包括波浪破碎引起的沿岸流、裂流和近岸環(huán)流，還包括有波浪非線性導(dǎo)致的 平均水流和長周期波，前者稱為質(zhì)量輸移流，后者稱為低頻波浪。1、輻射應(yīng)力：波浪運(yùn)動過程中對周圍流體產(chǎn)生的作用力2、伴隨波浪的傳播而出現(xiàn)的平均水平面的升高和降低稱為波浪增水和減水，統(tǒng)稱為波浪的 增減水。波浪波高的空間變化將直接導(dǎo)致輻射應(yīng)力的空間變化，而輻射應(yīng)力的空間變化又將產(chǎn)生對周 圍流體的驅(qū)動力，輻射應(yīng)力是產(chǎn)生波

7、浪增減水的原因。弟六早1、推移質(zhì)泥沙：對于粒徑相對較粗的泥沙顆粒，其在水動力作用下的運(yùn)動往往貼近海床表 面，并平凡和海床面的其他泥沙顆粒產(chǎn)生接觸，我們把這部分泥沙稱為推移質(zhì)。2、懸移質(zhì)泥沙：對于粒徑相對較小的泥沙顆粒，當(dāng)水動力作用增大，水流紊動較強(qiáng)時，泥 沙顆粒可能長時間懸浮在水體中而不和床面產(chǎn)生接觸，我們把這部分泥沙稱為懸移質(zhì)。懸移質(zhì)增加了水流的單位容重，加大了水體的靜水壓力，影響河床顆粒間的水體；推移質(zhì)則 增加了河床表面的壓力，加大了河床的穩(wěn)定性，影響河床顆粒本身。第七張1、閉合水深：由于海岸處水深向岸減小，波高向岸增大，這使波浪由離岸深水區(qū)域向海岸 淺水區(qū)域傳播過程中，水質(zhì)點速度的前后不

8、對稱性在逐漸增強(qiáng)，泥沙輸移也從在深水區(qū)域的 無凈輸移和無水底變形轉(zhuǎn)變成在淺水區(qū)域的存在凈輸移和存在水底變形，這一轉(zhuǎn)變對應(yīng)的水 深成為界限水深或閉合水深。2、波浪掀沙水流輸沙：水流可以是近岸地區(qū)任何一種水流，包括潮流，風(fēng)吹流，波生流以 及低頻波浪的流體指點速度。在近岸區(qū)，潮流一般相對較弱，特別是沙質(zhì)海岸上，它不足以 引起泥沙啟動，但在細(xì)顆粒泥沙的海岸上，單靠潮流也可以是泥沙啟動。對波流共存的情況， 波浪起著掀沙的作用，而泥沙輸移主要靠水流的攜帶作用。第八章1、平衡輸沙是指一定時間內(nèi)床面上泥沙的落於與泥沙的揚(yáng)動在量值上相等。因而平衡輸沙 時床面高程是不變的。不平衡輸沙是指水流的挾沙量與其挾沙能力不

9、相適應(yīng)，泥沙運(yùn)動具有非飽和性，其與底床泥 沙存在靜交換，導(dǎo)致底床淤積或沖刷。當(dāng)水流的含沙量大于它的挾沙能力，則水流負(fù)荷過大， 落於床面的沙量將大于被沖起的沙量，使河床發(fā)生淤積，而水流的含沙量則逐漸減小，反之， 當(dāng)水流的含沙量小于它的挾沙能力，數(shù)流動含沙量可從底床得到補(bǔ)充，底床發(fā)生沖刷，水流 的含沙量則逐漸增加。特點：水流的含沙量因與挾沙能力不相適應(yīng)而逐漸變化，沖刷時含沙量逐漸增加，沉積時含 沙量逐漸減小；懸移質(zhì)的級配和床沙的級配也發(fā)生變化，沖刷時懸移質(zhì)級配逐漸變粗，床沙 逐漸粗化，淤積時懸移質(zhì)級配逐漸變細(xì)，床沙逐漸細(xì)化。2、平衡剖面：初始坡度均勻的沙質(zhì)海岸剖面在一定的海浪作用下很快會發(fā)生變形，

10、經(jīng)過充 分長時間的穩(wěn)定波浪作用之后，海岸剖面就會形成與來波條件相適應(yīng)的形狀而不再發(fā)生變化， 這是的海灘剖面為平衡剖面。所謂的海灘平衡剖面就是在一定的條件下，海灘上任意點的泥 沙均沒有凈位移剖面醒轉(zhuǎn)維持不變的海灘形態(tài)。3、橫向輸沙的重要特點：破碎帶內(nèi)和破碎帶外輸送趨勢不同：破碎帶內(nèi)泥沙輸移主要是向 離岸方向，而破碎帶外泥沙輸移主要是向海岸方向。前者是由海底回流作用導(dǎo)致，后者是由 于非線性波浪的波峰出向前流體質(zhì)點速度大于波谷處向后流體質(zhì)點速度導(dǎo)致。第十章1、海岸硬防護(hù)是指在海岸建筑固體的海岸工程建筑物來對海岸來對海岸進(jìn)行防護(hù)，包括采 用護(hù)岸，丁壩，離岸堤等建筑物。2、海岸軟防護(hù)是指利用自然沙為原料

11、進(jìn)行海岸人工喂養(yǎng)、人工輸沙和建造人工海灘等以恢 復(fù)海岸自然轉(zhuǎn)臺為目的的海岸防護(hù)措施。（1）海岸帶是陸地和海洋的交界帶，沿海岸灘與平均大潮高潮面的交線稱為海岸線。海岸 帶分為潮間帶，潮上帶，潮下帶。（2）微幅波理論的自由水面動力邊界條件：（3）（4）波浪對泥沙的水平作用力：表面阻力和水流加速度引起壓力梯度力。（5）波浪折射：波峰線和波向線隨水深變化而變化的現(xiàn)象。（6）漲落潮時波長的變化：漲潮時順?biāo)鬟M(jìn)入河口附近的海浪波長增大，波高減小； 落潮時逆水流進(jìn)入河口的海浪波長減小，使波陡增大，有時造成波頂破碎。（7）破碎波的類型：“崩波”型破碎波，“卷波”型破碎波，“激散波”型破碎波。（8）淤泥床面沖刷

12、：浮泥層表面的沖刷；部分固結(jié)床面的表面沖刷；完全固結(jié)沉積物的整 體沖刷。（9）近岸流包括：向岸流，沿岸流，離岸流。（10）波浪進(jìn)入淺水區(qū)后的波能損失 包括：摩阻損失，滲透損失和泥面波阻力損失。（11）紊流理論：動量交換通?？杀硎緸椋?速度梯度和動量交換系數(shù)的乘積。1、涌浪是什么及其特點。答：當(dāng)風(fēng)平息后或風(fēng)浪移動到風(fēng)區(qū)以外時，受慣性力和重力作用，水面持續(xù)保持振動，這時 的波動屬于自由波，這種波浪成為涌浪。其特點是：海面呈現(xiàn)出較為規(guī)則的波峰和波谷，波 形也較為圓滑，離風(fēng)區(qū)愈遠(yuǎn)，波形愈規(guī)則。涌浪在深水傳播過程中，由于水體內(nèi)部的摩擦作 用和波面與空氣的摩擦等會損失一部分能量，主要能量則是在進(jìn)行淺水區(qū)后

13、受底部摩阻作用 以及破碎時紊動作用所消耗掉。（或：波形相對圓滑；傳播方向一致；波要素相同）2、建立簡單波理論時所作的假設(shè)。答：（1）流體是均質(zhì)和不可壓縮的，其密度為一常數(shù)；（2）流體是無粘性的理想流體；（3） 自由水面的壓力是均勻的，且為常數(shù)；（4）水流運(yùn)動是無旋的；（5）海底水平不透水；（6） 流體上的質(zhì)量力僅為重力，表面張力和柯氏力可忽略不計；（7）波浪運(yùn)動屬于平面運(yùn)動，即 在xz平面內(nèi)作二維運(yùn)動。3、破波帶及分區(qū)。答：波浪破碎點至岸邊這一地帶成為破波帶。破波帶大致可以分為3個區(qū)：外破碎區(qū)，內(nèi)破 碎區(qū)，上爬區(qū)。4、微幅波控制方程和定解條件。5、簡述紊動擴(kuò)散作用與重力作用的相互關(guān)系對泥沙沖淤

14、關(guān)系的影響。（三個方面）答：紊動擴(kuò)散作用給泥沙一垂直向上得力，重力作用使泥沙向下運(yùn)動，所以（1）紊動擴(kuò)散 作用大于重力作用，泥沙沖刷；（2）紊動擴(kuò)散作用小與重力作用，泥沙淤積；（3）紊動擴(kuò)散 作用等與重力作用，泥沙不淤不沖。立波的勢動能是推進(jìn)波的2倍。波流共同作用下的輸沙率公式Q=載沙量*Vc破波帶的分區(qū)：外破波區(qū)，內(nèi)破波區(qū)，上爬區(qū)。運(yùn)動泥沙可分為推移質(zhì)和懸移質(zhì)泥沙啟動的表示方法個別動，少量動和大量動。按傳播水深波可分為：深水波，有限水深，淺水波波浪非線性程度的三個特征比值：波陡（HL），相對水深（hH）和相對波長（Lh） 二維勢波的控制方程： 波浪破碎時的波陡：自由水面的運(yùn)動邊界條件為：波向沿X軸的波面方程：簡答簡述波浪運(yùn)動的兩種方法。（1）歐拉法：是以空間某一個固定點為研究對象，研究在一質(zhì)點流過固定點的運(yùn)動特性， 他研究的是某一流場的變化，能給出某一固定時刻空間各點的速度大小和方向。（2）拉格朗 日法：從空間的某一直點為研究對象，研究該質(zhì)點相對于初始條件的各個不同時間的位置， 速度和加速度等。他研究的是某一質(zhì)點的位