1、海岸动力学309 制作1第一章第一章 波浪理论波浪理论1.波浪分类波浪分类（1）按波浪形态：分为规则波和不规则波（2）按波浪传播海域的水深：h/L1/2 为深水波；1/2h/L1/20 为有限水深波；h/L1/2 为浅水波（3）按波浪破碎与否：分为破碎波、未破碎波和破后波2.2.波浪运动控制方程波浪运动控制方程（1）描述一般水流运动方法有两种：一种叫欧拉法，亦称局部法，另一种叫拉格朗日法，亦称全面法（2）描述简单波浪运动的理论： 一个是艾利（Airy）提出的为微幅波理论，另一个是斯托克斯（Stokes）提出的有限振幅波理论3.3.参数参数（1）波高 H：两个相邻波峰顶之间的水平距离（2）振幅
2、a：波浪中心至波峰顶的垂直距离， H=2A （3） 波周期 T： 波浪推进一个波长所需的时间 （4） 波面升高）t, x（：波面至静水面的垂直位移（5）函数表达式：）t -kx（Acos（6）圆频率：T2（7）波速 c： 波形传播速度，即同相位点传播速度，又称相速度4.4.建立简单波理论的假设建立简单波理论的假设：流体是均质和不可压缩的，其密度为一常数；流体是无粘性的理想流体；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；流体上的质量力仅为重力，表面张力和柯氏力忽略不计；波浪属于平面运动，即在 xz 平面内作二维运动。5.5.速度速度的控制方程（拉普拉斯方程的控制方程（拉
3、普拉斯方程） ：02222zx就是势运动的控制方程。6.6.拉普拉斯方程的边界条件拉普拉斯方程的边界条件：（1 1） 海底表面边界条件： 海底水平不透水0z，hz处（2 2）自由水面动力学边界条件：0)()(21t 22gzxzz（3 3）自由水面的运动边界条件：自由水面上个点的运动速度等于位于水面上个水质点的运动速度0z xxt ，z处（4 4）二维推进波，流场上、下两端面边界条件可写为：）z,ct-x（）t,z,x（7.7.微幅波理论假设：微幅波理论假设：假设运动是缓慢的，波动的振幅 A 远小于波长 L 或水深 h7.7. 微 幅 波 波 面 方 程 ：微 幅 波 波 面 方 程 ：）t-
4、kx（cos2H弥 散 方 程弥 散 方 程）kh（gktanh2波 长 ：波 长 ：）kh（tanh2gTL2波速波速：）kh（tanh2gTc深水波长深水波长：2gTL2o深水波速深水波速：2gTco浅浅水波长：水波长：ghTLs浅水波速浅水波速ghcs8.8.色散色散（弥散弥散）现象现象：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散现象称为波的色散现象。9.9.微幅波的质点运动轨迹：微幅波的质点运动轨迹：封闭椭圆（深水情况下，轨迹为一个圆）10.10.波浪压力：波浪压力：）t-kx（cos）kh（cosh）hz（kcosh2ggz-pzH第一项为静水压力部分，第二项为动水压力
5、部分。11.11.微幅波的总波能：微幅波的总波能：2kpgH81EEE2米/单位为焦12.12.微幅波波能流微幅波波能流：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称为波能流13.13.辐射应力：辐射应力：辐射应力是作用在垂直于底面的单位水柱体四个侧面上的由于动量转换而产生的应力的时均值，其单位是 N/m。14.14.斯托克斯波河微幅波的区别斯托克斯波河微幅波的区别: :1.波形上二阶斯洛克斯波波形与微幅波有较大的差别。 在波峰处42HH,波面比微幅波抬高了4H， 因而变为尖陡； 波谷处42HHt, 微幅波也抬高了4H，因而变得平坦。随着波陡增大，抬高值也愈大，峰谷不对
6、称将加剧。海岸动力学309 制作22.二维斯托克斯波与微幅波另一个明显的差别是其水质点的运动轨迹不封闭。15.15.特征波定义特征波定义： （1）按部分大波平均值定义的特征波(2)按超值累计概率定义特征波16.频谱（能谱频谱（能谱） ：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。17.方向谱方向谱：函数 S（，）相当于波能密度相对于组成波的频率和方向的分布，这是一种二维谱，通常称为方向谱。18.能量主要集中在频率较窄的范围内：理论上能量主要集中在频率较窄的范围内：理论上 S（）分布于=08 之间，但其显著部
7、分集中于一狭窄的频域内。第二章第二章波浪在浅水中的变化波浪在浅水中的变化：波浪的浅水变形开始于波浪第一次“触底”的时候，这时候水深约为波长的一半，随着水深的减小，波长的波速逐渐减小，波高逐渐增大，到了波浪破碎区外不远处， 波浪的波峰尖起波谷变坦而宽， 当深度减小到一定程度时波峰变得过分尖陡而不稳定，而是出现各种形式的波浪破碎。 波浪在破碎时的波高可能是深水波高的几倍。 随着水深变浅，如果波向和海底等深线斜交，波向也将发生变化，即所谓产生折射。波浪守恒波浪守恒：一列简单波浪进入浅水区后，在传播中随着水深变化，其波速、波长、波高、波向都将发生变化，但其波周期则始终保持不变。浅水变形计算浅水变形计算
8、：ioisscncHHkkHcnHH)(22c00i0oi）（波浪折射波浪折射：无论是线性波或非线性波，波浪斜向进入浅水区后（实际可取 h/l1,波高将因折射而增大；在海湾里，波向线将分散，称为辐散，此处 Kr1,波高将因折射而减小。深水推进波的极限波陡深水推进波的极限波陡：142. 0max00max0）（）（LH有限水深有限水深：)(tanh142. 0maxmaxkhLH）（浅水浅水：bLhLH）（271maxmax破碎点波高破碎点波高 H 而水深而水深 h 关系关系：89. 0bbhH柯林斯与威尔的经验公式柯林斯与威尔的经验公式：tgb6 . 572. 0（r 破碎指标）破波角破波角：
9、破碎点处的波向线与岸线外法线间的夹角称为破波角)/5 . 525. 0(000LHb当 00Q2，堆积性海岸（海岸泥沙堆积，岸线前进） （2）Q1Q2，侵蚀性海岸（海岸遭到侵蚀，岸线后退） （3）Q1=Q2，稳定平衡海岸（输沙平衡，不冲不淤）这种稳定平衡状态又可分为三种情况这种稳定平衡状态又可分为三种情况： （g-总输沙率；n-净输沙率） （1）Q1g=Q2g=0，没有泥沙输出，沿岸输沙率处处为零，岸线处于静态平衡。 （2）Q1n=Q2n=0，有沿岸输沙，但两个方向输沙率相等，净输沙率为零，属第一种动态平衡。 （3）Q1n=Q2n0，有净沿岸输沙，但相邻两断面的净输沙相等，属第二种动态平衡。8
10、.平衡海岸的平面曲线形态平衡海岸的平面曲线形态： （1）湾头滩（2）岬湾海岸（3）直线海岸。斜向波作用下的岬湾海滩在达到极限平衡后，是自然形成的最稳定的海滩。9.三维岸滩演变的基本方程三维岸滩演变的基本方程：yxtht-yxbQQZ岸滩演变分开模拟岸滩演变分开模拟： （1）岸滩短期变化（岸滩剖面模型） （2）岸滩长期演变模型（岸线位置变化模型）此两种模型分别将三维问题转化为二维问题将三维问题转化为二维问题。岸滩剖面变化方程岸滩剖面变化方程： （1）忽略纵向输沙ythyQ（2）忽略横向输沙xthxQ10.一线模型的假定一线模型的假定：只研究岸线位置的变化，认为泥沙的横向运动只是把泥沙在近岸区来回搬运，从较长时间看并不影响岸线的平均位置。认为在演变期间内，假定岸滩的断面形状始终维持其平衡剖面而不发生变化，岸线位置变化时，岸滩平行于该剖面前进或后退。
