海岸动力学.doc

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初始章概论
基本概念
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
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
<d<2mm,海滩剖面陡一点,坡度>1:1000。波浪对它的作用主要是迁移。主要功能为旅游业。
③淤泥质海岸
淤泥质海岸由淤泥构成,泥沙粒径<。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

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。
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。
海岸动力因素
长期因素具有周期性,相对确定性;短期因素具有偶然性。
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




④海岸环境保护
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。
(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: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。
按波浪运动状态分类:
,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。
按波浪传播海域的水深分类:
①深水波 h/L>
②有限水深波 <h/L<
③浅水波 h/L<
波浪运动的描述方法
1、描述方法:
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
前提:
建立简单波理论时,作如下假定:
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。
水流运动是无旋的。
自由水面的压力是均匀的且为常数。
质量力仅为重力,表面张力和柯氏力可忽略不计。
海底水平、不透水。
波浪属于平面运动。
控制方程:
式(1)
边界条件:
底部边界条件:
式(2)
自由表面边界条件:
式(3)
式(4)
侧边界条件:
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:
式(6)
式(7)
(2)(5)(6)(7)五个式子构成了的控制方程和定解条件。
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:,
同时,将速度势函数写为:,
联立控制方程和定解条件5个方程,可以推求出:
弥散关系:
由可以推出①,进而可以得到②③。
①
②
③
*:T不变时,h减小,L变短,H/L变大;h不变时,T愈长,L愈大。
解的讨论:
高等数学知识点:
当很大时,有,此时,则;
当很小时,有,此时,,则。
进一步讨论,可以得到弥散关系的不同具体形式:
①当时,(即,)(深水波):
②当时,(即,