1、 根据根据联合国海洋法公约联合国海洋法公约（1982年签署）的规定，我国管辖的年签署）的规定，我国管辖的海域有海域有300万平方公里，接近陆地领土面积的三分之一。万平方公里，接近陆地领土面积的三分之一。中国拥有大陆岸线中国拥有大陆岸线18000多公里，面积在多公里，面积在500平方米以上的海岛平方米以上的海岛5000多个，岛屿岸线多个，岛屿岸线14000多公里。多公里。 山东、福建海岸线分别为第一与第二位，超过山东、福建海岸线分别为第一与第二位，超过3000km。基岩海岸：基岩海岸：定义定义: :岩石构成岩石构成, ,受海浪冲击形成海蚀地貌受海浪冲击形成海蚀地貌海蚀地貌海蚀地貌: :海蚀洞海蚀
2、洞 海蚀拱桥海蚀拱桥 海蚀崖海蚀柱海蚀崖海蚀柱特征特征: :岸线曲折岸线曲折 湾岬相间湾岬相间 岸坡陡峭岸坡陡峭 滩沙狭窄滩沙狭窄优点优点: :海岸水深较大海岸水深较大 基础牢固基础牢固 可建设深水港区可建设深水港区我国基岩海岸总长度达我国基岩海岸总长度达50005000多公里多公里, ,占大陆岸线总长度的占大陆岸线总长度的1/41/4以上以上, ,其中浙江其中浙江 福建所占最长福建所占最长沙质海岸：沙质海岸：定义定义: :由砂由砂 砾砾 粗砾粗砾 卵石等粗颗粒物质组成卵石等粗颗粒物质组成特征特征: :岸线平顺岸线平顺 岸滩较窄岸滩较窄 坡度较陡坡度较陡, , 常伴有沿岸沙坝常伴有沿岸沙坝 潮
3、汐通道和泻湖潮汐通道和泻湖优点优点: :发展旅游发展旅游 渔港良好场所渔港良好场所我国沙质海岸主要分布在辽宁我国沙质海岸主要分布在辽宁( (辽东半岛部分岸段辽东半岛部分岸段 辽东湾西侧辽东湾西侧) ) 河北河北( (滦河口三角滦河口三角洲洲) ) 山东山东( (山东半岛北部山东半岛北部) ) 江苏江苏( (海洲湾北部海洲湾北部) ) 等都有分布等都有分布, ,其中辽宁最长其中辽宁最长,850,850公里公里淤泥质海岸：淤泥质海岸：定义定义: :由粒径为由粒径为0.01-0.03mm0.01-0.03mm的淤泥的淤泥 粉沙粉沙 粘土等细颗粒物质组成粘土等细颗粒物质组成特征特征: :岸线平直岸线平
4、直 一般位于大河河口两侧一般位于大河河口两侧; ;岸坡平缓岸坡平缓 潮滩发育好宽潮滩发育好宽; ; 潮流波浪作用显著潮流波浪作用显著, ,以潮流作用为主以潮流作用为主; ;潮滩冲淤变化频繁潮滩冲淤变化频繁 潮沟潮沟 周期性摆动明显周期性摆动明显优点优点: :滩涂资源丰富滩涂资源丰富 有利于发展海洋水产养殖有利于发展海洋水产养殖 发展滩涂圈围成陆发展滩涂圈围成陆 用于开发农业与盐业或畜牧业等产业用于开发农业与盐业或畜牧业等产业; ;有掩蔽良好的河口有掩蔽良好的河口 港湾港湾 和其他潮汐通道和其他潮汐通道 常能兴建大型深水港常能兴建大型深水港我国淤泥质海岸总长度我国淤泥质海岸总长度40004000
5、公里以上公里以上, ,约占我国总岸线长度约占我国总岸线长度1/41/4左右左右. .主要分布在渤主要分布在渤海湾海湾 黄河三角洲黄河三角洲 莱州湾莱州湾 废黄河三角洲废黄河三角洲 南黄海辐射沙洲南黄海辐射沙洲 长江口长江口 杭州湾杭州湾 钱塘江口钱塘江口 珠江三角洲珠江三角洲火星沙冷家沙大洪埂子太 阳 沙河 豚 沙烂沙八仙角蒋家沙小洋港如东 黄 沙 洋烂沙洋121o122o4020121o122o4020204032o204032o人工 岛10502015#16#12#11#20#18#17#9#8#10#6#7#4#5#2#3#1#19#14#22#13#21#烂沙洋南水道烂沙洋中水道烂沙洋
6、北水道黄沙洋南水道黄沙洋北水道鲫 鱼沙茄儿杆子生物海岸：生物海岸：定义定义: :由红树林或珊瑚礁等生物组成由红树林或珊瑚礁等生物组成特征特征: :根系发达根系发达 树冠茂密树冠茂密( (红树林红树林); );优点优点: :防风防风 防浪防浪 保护海岸保护海岸 减弱潮流减弱潮流 促进淤积促进淤积 加速海岸扩展加速海岸扩展 生物繁殖生物繁殖( (红树林红树林); );消弱波能及保护海岸消弱波能及保护海岸( (珊瑚礁珊瑚礁) )我国红树林海岸主要分布在福建福鼎以南各省我国红树林海岸主要分布在福建福鼎以南各省( (区区); );海南岛的红树林种类较多海南岛的红树林种类较多, ,树型树型较大较大. .
7、福建福建 广东广东 广西的红树林海岸总长约广西的红树林海岸总长约400400多公里多公里. .珊瑚礁主要分布在南海诸岛珊瑚礁主要分布在南海诸岛 台湾与澎湖列岛沿岸和广东台湾与澎湖列岛沿岸和广东 广西沿岸广西沿岸1996年清8人工改汊123444457778889999101855年6月至1889年3月1889年3月至1897年5月1897年5月至1904年6月1904年6月至1926年6月1926年6月至1929年8月1929年8月至1934年8月1934年8月至1953年7月1953年7月至1964年1月1954年1月至1976年6月19761976年年6 6月至月至19851985年年66
8、6661964年第二次人工改道1953年第一次人工改道1976年第三次人工改道1996年清8人工改汊2003/ 9/ 12: Typhoon Maemi caused severe damage and casualty i2003/ 9/ 12: Typhoon Maemi caused severe damage and casualty in the south-eastern area of Korea, especially in Masan Bay n the south-eastern area of Korea, especially in Masan Bay 第一节、概述第二
9、节、微幅波理论第三节、有限振幅斯托克斯波理论第四节、浅水非线性波理论第五节、随机波理论简介产生波动的要素：产生波动的要素：介质介质扰动源扰动源恢复力恢复力波浪波浪水水风、潮汐、地震、风、潮汐、地震、流场中的障碍物、流场中的障碍物、运动物体等运动物体等重力，表面张力重力，表面张力1 2 21 2 31 2 41 2 51 2 61 2 71 2 81 2 9-1 2 0-1 0 0-8 0-6 0-4 0-2 003 53 43 33 23 13 0L O N G IT U D E (E )DEPTH( M)3 1 .5Ju lyS a lin ity3 2 .53 3 .53 43 33 13
10、 21 2 21 2 31 2 41 2 51 2 61 2 71 2 81 2 9-1 2 0-1 0 0-8 0-6 0-4 0-2 003 53 43 33 23 13 0L O N G IT U D E (E )DEPTH( M)3 1 .5A u g u s tS a lin ity3 2 .53 3 .53 33 13 2近近岸岸波波变变形形规则波（涌浪） 不规则波（风浪、混合浪） 深水波（h/L0.5） 浅水波（0.05h/L） 有限水深波（0.05h/LWave velocitySwell:Wind velocity Wave velocity二、波浪运动的描述方法和控制方程二
11、、波浪运动的描述方法和控制方程1、波浪运动的描述方法 欧拉法:亦称局部法，它是以空间某一固定点为研究对象，研究任一质点流过固定点的运动特性;欧氏法研究的是某一流场的变化，它能给出某一固定时刻空间各点的速度大小和方向，亦即给出流线(Stream line)。 拉格朗日法:亦称全面法，它以空间某一质点为研究对象，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。拉氏法研究的是某一质点的位置变化，即质点运动轨迹或称迹线(Path line).两者相互关系两者相互关系：流场中空间某一点：流场中空间某一点( (欧拉法) )，先后由不同的流体质点，先后由不同的流体质点( (拉格朗日法) )所占
12、据；流体质点物理量会发所占据；流体质点物理量会发生变化，而空间点是不动的。生变化，而空间点是不动的。描述规则波浪运动的理论 微幅波理论(Airy ,1845) 有限振幅波理论( Stokes,1847)椭圆余弦波理论孤立波非线性波波幅波幅(wave amplitude): A 静水深静水深(water depth): h波高波高(wave height): H = 2A 波长波长(wave length): 波波数数(wave number): k = 2/ 波峰波峰(crest)波谷波谷(trough) crest wavelength Water depth h trough Wave h
13、eight H SWL Wave amplitude A = H/2 Wave period T 水平面水平面 沿正x方向以波速c向前传播的二维运动的自由振荡推进波，x轴位于静水面上，z轴竖直向上为正。波浪在xz平面内运动。 波浪问题波浪问题是是理想理想不可压不可压流体流体的的无旋无旋运动问题运动问题波浪问题波浪问题必须服从必须服从不可压不可压势流势流运动的基本控制方程运动的基本控制方程理想流体理想流体有旋运动有旋运动无旋运动无旋运动势流势流根据空间格林定理：设根据空间格林定理：设P(x,y,z), Q(x,y,z), R(x,y,z)及其偏导数及其偏导数,PPyz,QQRRzxxy等在空间闭
14、区域中及其边界上皆为单值连续函数，若在区域中下等在空间闭区域中及其边界上皆为单值连续函数，若在区域中下式成立：式成立： xQyPzPxRyRzQ 则必存在一个则必存在一个由如下线积分所由如下线积分所定义的函数，这定义的函数，这个函数是有势的，个函数是有势的，称为势函数：称为势函数：F(x,y,z)( , , )F x y zPdxQdyRdz 这一积分与路径无关，且有如下关系：这一积分与路径无关，且有如下关系：RzFQyFPxF( , )FFFF x y zdxdydzxyz对于无旋运动，有对于无旋运动，有=0=0，即：，即：wwzyxzvxuuyvRRzyxzQxPPyQ对对 照照wRPvu
15、Q从而存在一个函数：从而存在一个函数：( , , ; )x y z tudxvdywdz uxvywz且有如下关系：且有如下关系： V即：即：称称为为速度势速度势，存在速度势的流动称为，存在速度势的流动称为势流势流(potential flow)。vo 无 旋势 流速度势速度势的重要意义：的重要意义：速度势速度势是标量，只有一个分量是标量，只有一个分量速度速度V是矢量，有三个分量是矢量，有三个分量( , ,. ; )x y z tudxvdywdz uxvywz无 旋 速 度 场势 流势波的水质点的水平分速u和垂直分速w可由速度势函数导出 kwiuV kzixV xu zw 不可压缩流体连续方
16、程 0 zwxu02222 zx 02 或记作 xuzw势波运动的控制方程 02122pgzzxt自由表面动力学边界条件(FSDBC) 02122gzxtz流体无粘:gztxpuutuw,dxgztxpdxuutuw,+粘性项底部边界条件（BBC）0zw自由表面运动学边界条件(FSKBC) xuttxxtdttxdw),(zTtzxtzLxtzx,波场上、下两段边界条件:02 波动定解问题, 0 z z=-hz=-h 02122 gzxtzz zzxxt, 0),(),(zctxtzx xu zw 2221zxtgzp p(压力场)(流速场) 要求得上述波动方程的边值解，最简单的方法是先将边界
17、条件线性化，将问题化为线性问题求解。 假设运动是缓慢的，振幅小于波长或水深，艾利1845年提出的！H/L6h适用条件二：LLe第五节 各种波浪理论的适用范围(原教材) 不同波浪理论的适用范围主要受波高H、波长L(或波周期T)和水深h控制，或是受它们之间的相对比值如波陡H/L、相对波高H/h以及相对水深h/L等控制 线性波理论适用于波陡很小或厄塞尔数U很小的情况 厄塞尔数表征非线性波理论中厄塞尔数表征非线性波理论中2 2阶项和阶项和1 1阶项的比值阶项的比值 hHhLU2 厄塞尔数第五节 各种波浪理论的适用范围 勒梅沃特认为线性波理论只适用于U1的情况. 朗吉特希金斯认为对研究近岸泥沙运动来说，
18、在波陡较小时，线性波理论的限制范围可放宽到U26。 当U26且相对水深h/L处于有限水深和深水范围内，可采用高阶斯托克斯波理论。一般而言，高阶斯托克斯波适用于大水深及大波陡(陡波)的情况，阶次愈高的波理论适用的波陡也愈大，但适用的水深范围愈窄. 当相对波高H/h接近于破碎界限而相对水深处于较浅水范围（即h/L1/81/10时），斯托克斯波理论不再适用了，这时可采用流函数波理论或椭圆余弦波理论。当相对水深继续减小，或相对波长增大至无穷大时，椭圆余弦波就趋近于孤立波理论。 勒梅沃特认为，U26时可用椭圆余弦波理论。 142. 0LHkhLHtanh142. 078. 0hH5 . 21600Lhh
19、H孤立波与线性波界限孤立波与线性波界限 在某水深处的海底设置压力式波高仪，测得周期T8 s，最大压力80000 N/m2（包括静水压力，但不包括大气压力），最小压力70000N/m2，问当地水深、波高是多少? tkxkhchhzkchHggztgzpz cos2在海底Z=-h )/1(chkhgghph , 2/H )/1)(2/(maxchkhHgghpph 波峰通过时， , 2/H )/1)(2/(minchkhHgghpph 波谷通过时， （1） （2） （1）式+（2）式，可得水深：653. 72minmax gpph (m) （1）式-（2）式，可得：)/1(minmaxchkhgp
20、pH 由 LhthgTL 222 迭代求解得迭代求解得L=63.70(m),K=0.0986, 代入（代入（3）式，得波高）式，得波高H=1.325 (m)(3) 习题习题213习题习题214习题习题215一、海洋波浪的随机特征 一、海洋波浪的随机特征 在研究海浪中，应用最广泛的是平稳随机过程，它的特点是过程的统计特征(平均振幅，方差等)不随时间坐标原点的推移而变化，即某时刻t的统计特征与时刻(t+)相吻合。此外，在一般情况下，海浪作为一个随机过程具有各态历经性，由于各态历经性，过程中每一个变量的期望值，与其沿时间的平均值相等，即一个充分长时段的现实能代替同一时段现实的总体。二、随机波统计理论
21、基础 对于不规则波形，如何定义波高、周期呢? 上跨零点法; 取平均水位为零线，把波面上升与零线相交的点作为一个波的起点。波形不规则地振动降到零线以下，接着又上升再次与零线相交，这一点作为该波的终点(也是下一个波的起点)。如横坐标轴是时间，则两个连续上跨零点的间距便是这个波的周期；把这两点间的波峰最高点到波谷最低点的垂直距离定义为波高。 上跨零点法 如何描述这个波系的大小呢?一般有二种方法：一是采用有某种统计特征值的波作为代表波的特征波法；二是用谱表示。 特征波的定义，通常采用大约连续观测的100个波作为一个标准段进行统计分析 (一) 按部分大波平均值定义的特征波 1最大波:波列中波高最大的波浪
22、 maxmaxHTH2 十分之一大波101101HTH3有效波(三分之一大波) 3131HTH4平均波高和平均波周期NTTNHHii 5均方根波高Hrms21irmsHNH %1H%5H%13H(二)按超值累积概率定义的特征波(三)波高的分布 以H1%为例，其定义是指在波列中超过此波高的累积概率为1%。大波特征值和累积特征值可以相互转换，%410131%13HHHH 波高概率分布函数为 224exp2HHHHHf 波高累积频率函数为 24expHHHF HFdfH HH42. 2%1 HH95. 1%5 HH61. 1%13 常用的累积率波高与平均波高关系可根据上式得到 HH03. 2101
23、HH60. 131 HHrms13. 1 对于深水波，常用部分大波的波高与平均波高关系为 三、海浪谱理论概述 海浪谱可以用来描述海浪的内部结构.郎吉特希金斯将无限多个不同振幅、频率和初始相位角的余弦波叠加起来描述某一固定的海面，即 nnnntat cos1振幅圆频率初相位角均匀分布于02间的随机量n San2212121nnngaE 全部组成波的总能量为间隔内全部组成波能量和 波能密度(频谱 ) S()即相当于单位频率间隔内的平均波能量，称为波能密度。海浪的总能量由所有组成波提供，函数S()给出了不同频率间隔内组成波提供的能量，因此实际上函数S()就相当于波能密度相对于组成波频率的分布函数，这
24、一函数称为波频谱，通常简称为频谱。由于它反映波能密度分布，所以又称为能谱。 S()分布于=0之间，但其显著部分集中于一狭窄的频域内。这是因为当频率很大时，波周期很小，波长很短，其所含有的能量也很小，因此以重力波为主体的实际海浪中，常表现为窄谱波 在有限振幅情况下，波面的位移幅度是有限值，自由水面边界条件不能象微幅波那样近似地区在静水面，自由水面本身是随时间变化的，因此边界条件本身也是时间的函数。 选择一个以波速c随波一起推进的运动坐标系，此坐标系中，波浪运动时定常的，有：0t水质点的水平速度： cux自由水面运动边界条件改写为： xcuwzz势函数的一般解可以写成： ctxfzZ xfzZxu
25、 cuxfzcZt自由表面动力学边界条件可以写成： 02122gwucuMgcwcug22122202122gwucu22c22c+10nnncccMgcwcug22122210nnnMMMzxc110+ 212121112021zzxcxxxc+ .3+=0 101011102002cgcxgcMMgc+ 0.222213202110111212120222ccczxcxczxgxgcM只有各阶系数均为零 控制方程之级数形式任意数运动边条动力边条后xcuwzz零阶时： gcM22001阶时：0110zxc0101011cgcxgcM满足 01底部边界条件 01 hzz1阶解 kxhzkchA
26、sin110101011cgcxgcMkhthkgc 20 kskhchgkcAcos*0110101011xcgcxgcM0110zxc02kxhzkchkhshkAc2sin28322102kxkhchkhcthgAk2cos*2242212201c根据1阶结果： kxHkxkhchgkcAcos2cos*011kHkhchAcg*210斯托克斯2阶解221kxkhhzkLHkTHkxkhhzkkTH2sinsinh2cosh83sinsinhcosh42波面满足： kxhzkchAsin112阶解：TkhhzkLHH20sinh2cosh4漂流（drift）质量输移（mass trans
27、port） khhzkcLHTU202sinh2cosh210202000kzecLHUTHdzUqh200004hzkhFkhkHU,sinh162212322sinh31432sinh312cosh2,222hzkhkhhzhzkhkhhzkhhzkhFkhcLHUb22sinh145底部净向前输移速度： 深水：其中：前一讲：波浪在浅水中的变化 波浪在浅水中的变化的主要内容？ xbDEcnbEcnbfii1波能平衡：UDbf波能损耗率：Df的确定方法？剪切应力波浪水质点水平速度22221mmbfuuUDdtdzzUuTdtUTdzdtzuTdtdzzuuTdzdtzuTDTbTbTTTf
28、00000000001111121波浪边界层厚度：610m2/s ztkxeUzUuzmb2sin22zxptu11zutkxuUmcos22zuUut层流边界层内流体运动方程xptU1层流边界层外流体运动方程khAumsinh（3-1）（3-2）层流边界层运动方程22zuUutUuur22zuutrr tkxirezVuhz0utkxuUumrcos0z0ruVudzVd222mVV 0VhziBhziAV21exp21exphz0zmUBA , 0hziBhziAV21exp21expmUBA , 0ztkxzUumr2cos2expztkxetkxUUuuzmrcoscos24cosco
29、ssin00tkxUeztkxztkxUzumzzmzb4coscossin00tkxUeztkxztkxUzumzzmzbztkxeUzUuzm2sin22dtdzzUuTdtUTdzdtzuTdtdzzuuTdzdtzuTDTTbTTTf 00000000001111122221mmbfUUUDztkxetkxUUuuzmrcoscosUUfwb21tuUmcos波浪水质点瞬间速度 dttTufdtUUfTUDTmwTwbf03302cos121211khTHumsinh134cos103dttTTkhTHfDwf3332sinh32单位床面时平均波浪能量损耗率 瞬时床面剪切应力： 221
30、mwbmufwfmu琼森1966年给出了流区划分： 波浪底摩阻系数 近底波浪质点水平速度最大值 khaumsinh流体底部质点最大运动幅值mAkhauammsinhmbmu可表示为： 层流边界层：4coscossin00tkxueztkxztkxuzumzzmzb振荡流作用下的最大底面剪切应力Re2wfmmauRe波浪边界层开始进入紊流状态的判据为： Re24smdasmdA相对糙度 221mwbmufmbmu41026. 1Resd当量糙度 Dds4sd沙纹 平坦 和57. 1smdasmwwdafflg28. 041lg4157. 1smda30. 0wf57. 1smda57. 1smd
31、a977. 5213. 5exp194. 0mwaf30. 0wf3 . 65 . 5exp2 . 0mwafSwart(1974):Nielsen(1992):Jonssen(1966):问题：水底摩擦力幅值 已知条件：水深4m,泥沙粒径0.2mm，波高4mm635. 0723. 0sinh21sinhkhauammm/s665. 0635. 0614. 322mmaTu0093. 0977. 5213. 5exp194. 0mwaf222N11. 2665. 00093. 010252121mUfmwbm波浪摩阻系数fwxbDEcnbEcnbfii11, 1, 1, 1iiifiiriis
32、iHkkkH2111, 1iiiiiisncnck211, 1iiiirbbk波能平衡：浅水变形系数折射系数底摩阻引起的波高衰减系数 khgTkxkHfkrswiif32433, 1sinh3321khH ,取两断面平均值 sk为从深水算起的浅水变形系数 0HkkkHfrsiiiffffkkkk, 12, 11 ,0从深水推算第i断面处的波高xbDEcnbEcnbfii1问题：波浪计算中水流是否有作用? LgHEEEkp281波能 ？波浪在顺流、逆流将如何变化？ 问题：某进潮渠深5m，求解该渠中的波高 已知条件：周期5s,波高1m，1.0m/s退潮流,波流夹角180度波流进潮渠rccUc21t
33、anhkhkgcrhkcUkhccLLscsstanh1tanh2波浪的视速度：1.波浪传播方向与水流方向相同或相反情况波浪相对于水流的传播速度：即无水流存在时的波浪传播速度水流波浪0rgrcrcUExcUcsr1AUcccgr21ssgsAcc21hkkgcssstanhgsssgrcrcEcUEhkcUkhccLLscsstanh1tanh221212121211AAcUAALLcUHHscsscshkhkAsss2sinh21khkhA2sinh21波流共存时波作用守恒方程：hkkhcULLssscsstanhtanhsin1sinsin2coscos2121ssssAALLHHssLL
34、sinsin1rccUcsinsskksinsin即波数守恒hkcUkhccLLscsstanh1tanh2波浪的视速度：波流共存时的波高变化：水流波浪21212121211AAcUAALLcUHHscsscs问题：某进潮渠深5m，求解该渠中的波高 已知条件：周期5s,波高1m，1.0m/s退潮流,波流夹角180度hkcUkhccLLscsstanh1tanh2hkhkAsss2sinh21khkhA2sinh21rccUc21tanhkhkgcr波流问题：某进潮渠深5m，求解该渠中的波高 已知条件：周期5s,波高1m，1.0m/s退潮流,波流夹角180度rccUc21tanhkhkgcrLs
35、=Cs*T=6.0578*5=30.2891m=6.0578Ks=0.207L=c*T=5.0578*5=25.289mc=-1.0+6.0578=5.0578m/sK=0.24821212121211AAcUAALLcUHHscsscs问题：某进潮渠深5m，求解该渠中的波高 已知条件：周期5s,波高1m，1.0m/s退潮流,波流夹角180度hkcUkhccLLscsstanh1tanh2hkhkAsss2sinh21khkhA2sinh21c=7.0578m/s=1.5309=1.418=0.7596H=1.35m 7101hzUzU 0 . 1oUzUwcwc 870UoUwc纯水流的表面
36、流速 波流场中表面流速垂线流速分布: zUtzUtzUwcwwc,+非线性项习题3-11习题3-6hziBhziAV21exp21expmUBA , 0ztkxzUumr2cos2expztkxetkxUUuuzmrcoscos22z1mUu4coscossin00tkxUeztkxztkxUzumzzmzbztkxeUzUuzm2sin2222221mmbbfUUUD2101000kmm100000km背景波能密度10152030tTgHHt424032exp水质点运动时内部阻尼所引起的波高衰减水质点运动时内部阻尼所引起的波高衰减 ?深海中能量损失的原因深海中能量损失的原因风区风区01000
37、km 10000km近近岸岸波波变变形形近近岸岸波波破破碎碎波波浪浪绕绕防防波波堤堤cos,atzyx平面二维相位函数平面二维相位函数txktykxkyxjkikkyxjyixxyx波面方程：波面方程：tkxHcos2微幅波微幅波波数向量波数向量空间向量空间向量kjkikjyixyxttt0kttxktykxkyx因有：波浪守恒方程:00jyTixTT2220T=constantiEcnEcn0siikHcncHH0002 gigsgiiicckcccncHH000022浅水变形系数 281gHEkhkhn2sinh2121侧视图水俯视图波浪正向入射C=siikcncHH2000000/2ta
38、nhLLLhLLcciEcnEcn0？减小的原因？减小的原因？深水？深水有无其他因素有无其他因素影响该系数影响该系数2 . 1008 . 200015. 0LHLhkkss0sk考虑非线性影响的系数：考虑非线性影响的系数： 应用微幅波理论计算的浅水变形系数应用微幅波理论计算的浅水变形系数 0sk1.折射引起的波向线变化折射引起的波向线变化 k0k0ykxkxy0cossinykxkjkikkyxorhLgTc2th2ghc 30g25g波向线波向线波向线波向线岸滩具有平直且相互平等的等深线时，有岸滩具有平直且相互平等的等深线时，有: : 0sindxkdconssinkconssinc00cs
39、insinc0cossinykxk30g25g0 0y yx xconscTLsin*2sin2cons00iibEcnbEcnrsiiikkHbbcncHH00002波浪折射系数 问题：宽度问题：宽度b b好给出吗？好给出吗？波浪折射系数波浪折射系数: irbbk0khccitanhsinsinsin00000coscosiibb iirbbkcoscos000000/2tanhLLLhLLcctkxHtkxHrficos2cos2200sin2HLHHKirfrfrfrfHH1. 反射反射“米奇米奇”反射系数反射系数“海港水文规范海港水文规范 ”反射系数反射系数71142. 0max00m
40、ax0LHkhLHtanh142. 0maxmax对于浅水情况，极限波陡：对于浅水情况，极限波陡： bLhLH271maxmax89. 0bbhH破碎指标（近海滩时）破碎指标（近海滩时）78. 0bbhH破碎指标（近海滩时孤立波）破碎指标（近海滩时孤立波）深水波浪破碎极限深水波浪破碎极限有限水深波浪破碎极限有限水深波浪破碎极限问题：海底坡度是否有影响？问题：海底坡度是否有影响？1. 波浪破碎极限波陡与指标波浪破碎极限波陡与指标0高尔文高尔文19691969年根据实验资料得到如下关系式：年根据实验资料得到如下关系式： 07. 0tg185. 640. 1tgb07. 0tg09. 1b柯林斯和韦
41、尔柯林斯和韦尔19691969年得到的经验公式为：年得到的经验公式为： tgb6 . 572. 00005 . 525. 0LHb00500深水入射波向角深水入射波向角 b破波角：破波点处，波向线与岸线外法线间的夹角破波角：破波点处，波向线与岸线外法线间的夹角 4100710tan76. 0LHHHb崩破卷破激散Spilling breaker Plunging breaker surging breaker 卷破崩破 激散bbhhKHHbbbKhHKhH破碎带内波高相对于水深的比值，由试验确定破碎带内波高相对于水深的比值，由试验确定0.8 0.8 hH波浪增水修正后的水深改变较大而致波浪增水
42、修正后的水深改变较大而致习题习题3.1习题习题3.2习题习题3.3习题习题3.5习题习题3.6习题习题3.7习题习题3.9问题：给出水深为问题：给出水深为10m处的波高与波向角处的波高与波向角条件：均匀坡度海滩，波高条件：均匀坡度海滩，波高1m，周期，周期15s，500m水深的波浪，波向角水深的波浪，波向角45度度=144m深水波深水波=9.05m/s求解：求解：一、纯流作用下的床面摩阻力一、纯流作用下的床面摩阻力 281ccfu达西摩阻系数达西摩阻系数ghJc2cDcuC221fuc仅在波浪的情况下仅在波浪的情况下一、传统公式一、传统公式 ghJc2cDcuC2CgCDhC12log1831
43、2hgnCD212log18hCD20ln14 . 0hzCD120z谢才系数，谢才系数，1755曼宁系数，曼宁系数，1890White Colebrook系数系数Soulsby,1997二、达西公式二、达西公式 281ccfu31113. 0 hfc400210h12. 2log03. 21hf达西摩阻系数达西摩阻系数ghJc完全粗糙湍流完全粗糙湍流221fumwbwufu2max*57. 1smdasmwwdafflg28. 041lg4157. 1smda30. 0wf57. 1smda57. 1smda977. 5213. 5exp194. 0mwaf30. 0wf3 . 65 . 5
44、exp2 . 0mwafSwart(1974):Nielsen(1992):Jonssen(1966):Re2wfmmauRe层流情况层流情况浪流合速度浪流合速度ccccwacwuutuusin,coscoscwcwcwbuuf21浪流共同作用的底摩擦力浪流共同作用的底摩擦力cmaccwmacwuufufufJonsson一、弱水流情况一、弱水流情况 wcwcfffwacwu tuututuututuutuuutuuwaccwawaccwaccwawacccwacwcoscos1coscoscos21coscoscos2cossincoscos2122122cwaccwacwaccccwawa
45、ccwacwcwuuuuttuuututuutuuusin,cos2coscossin,coscoscoscos1cos212wacuucwcwcwbuuf21bybxb,一、弱水流情况一、弱水流情况 cwaccwacwaccccwawaccwacwcwuuuuttuuututuutuuusin,cos2coscossin,coscoscoscos1cos2cwcwcwbuuf21bybxb,cwacwawbxuuttufcos2coscos212cwacwawbyuutufsincos212弱水流时剪切应力弱水流时剪切应力一、弱水流情况一、弱水流情况 bybxb,cwacwawbxuuttu
46、fcos2coscos212cwacwawbyuutufsincos2120coscostt2costccwacwbuufsin,cos212tancos2sintancccc弱水流时时均剪切应力弱水流时时均剪切应力2222222maxcos2121cos221sincos21waccwacwawcccwawawcccwawbuuuuufuuuufuuuf222*cccuCgu tuftutwawww222*cos2 tutuuutuwcwccwc2*2*2*cos2 tuftuwawwcos21*181 tutuuutuwcwccwc2*2*2*cos2 tuftuwawwcos21*wmc
47、wc2122wawwmuf tutuuutuwcwccwc2*2*2*cos2时间平均时间平均ccmcwcxvubahcmcwcyvufdwcwc21波流共存，波浪水流不同强度组合波流共存，波浪水流不同强度组合（贝克尔（Bijker）模型） 沿水流方向垂直于水流方向浪流共同作用下的应力浪流共同作用下的应力问题：问题：波浪摩阻系数、水流摩阻系数和水底时间平均剪切应力波浪摩阻系数、水流摩阻系数和水底时间平均剪切应力 条件：条件：已知波高已知波高1m，周期，周期6s，水深，水深4m，海底沙纹高度，海底沙纹高度0.0084m，水流速度为，水流速度为1m/s 求解：求解：977. 5123. 5exp1
48、94. 0mwaf31113. 0 hfcwcwc211 .2380336. 082h635. 0mam0336. 04问题：问题：波浪摩阻系数、水流摩阻系数和水底时间平均剪切应力波浪摩阻系数、水流摩阻系数和水底时间平均剪切应力 条件：条件：已知波高已知波高1m，周期，周期6s，水深，水深4m，海底沙纹高度，海底沙纹高度0.0084m，水流速度为，水流速度为1m/s 求解：求解：31113. 0 hfcm0336. 04水底粗糙度水底粗糙度023. 040336. 0113. 0113. 03131 hfc问题：问题：波浪摩阻系数、水流摩阻系数和水底时间平均剪切应力波浪摩阻系数、水流摩阻系数和
49、水底时间平均剪切应力 条件：条件：已知波高已知波高1m，周期，周期6s，水深，水深4m，海底沙纹高度，海底沙纹高度0.0084m，水流速度为，水流速度为1m/s 求解：求解：977. 5123. 5exp194. 0mwafm0336. 04水底粗糙度水底粗糙度048. 0977. 5123. 5exp194. 0mwaf57.10336.0635.0mamkhHam635. 0723. 0sinh121sinh1222/88.10665. 0048. 0102521mN问题：问题：波浪摩阻系数、水流摩阻系数和水底时间平均剪切应力波浪摩阻系数、水流摩阻系数和水底时间平均剪切应力 条件：条件：已
50、知波高已知波高1m，周期，周期6s，水深，水深4m，海底沙纹高度，海底沙纹高度0.0084m，水流速度为，水流速度为1m/s 求解：求解：wcwc21221mwwuf281cccuf22/95. 21023. 0102581mN023. 040336. 0113. 0113. 03131 hfc048. 0wfsmaTumm/665. 0635. 0614. 3222/39. 888.105 . 095. 2mNn波浪近岸区如何变化波浪近岸区如何变化?无沿岸流无沿岸流有沿岸流有沿岸流海岸流组分海岸流组分1 1）垂直于岸线流速时程演变）垂直于岸线流速时程演变2 2）顺岸流速时程演变）顺岸流速时程
