上海海事大学港航海岸动力学.doc

海岸动力学 上海海事大学 200710613004 波浪分类：1按形态分布分规则波和不规则波2按波浪是否破碎分破碎波、未破碎波和破后波3按水深分h/l0.05为浅水波；0.05≤h/l≤0.5为有限水深波；h/l0.5为深水波 波浪运动的描述方法：欧拉法、拉格朗日法 波理论的简单描述：微幅波理论和斯托克斯波理论（有限水深波理论） 波浪描述的参数：（基本参数）空间尺度包括波高H，振幅a，波面η，波长L，水深h；时间尺度包括波周期T，波频率f=1/T，波速c=L/T。（复合参数）波动角频率σ=2π/T，波数k=2π/L，波陡δ=H/L，相对水深h/L或kh 波理论假设：1流体是均质和不可压缩的，其密度为常数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波浪属于水平运动，即在xy平面内做 波动方程：拉普拉斯方程 伯努利方程 边界条件 微服波控制方程： 自由水面波面曲线：η=cos(kx-σt)；自由表面边界条件：σ2=gktanh(kh)弥散方程 弥散方程：表面波浪运动中角频率σ、波数k，水深h之间的相互关系 推导：L= tanh(kh)；c=tanh(kh)；c2=tanh(kh)——σ=2π/T；k=2π/L；c=L/T 迭代法求波长 名词解释：弥散（色散）现象：当水深给定是，波的周期越长，波长也越长，这样就使不同波长的波在传播过程中逐渐分散开来。这种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弥散（或色散）现象 深水波和浅水波：根据双曲函数图像 深水波： 潜水波： 水质点运动方程： 轨迹为一个封闭的圆，在水底处b=0，说明水质点沿水滴只作水平运动。在深水情况下，运动轨迹为一个圆，随着指点距水面的深度增大，轨迹圆的半径以指数形式迅速减小。当水深超过L/2时轨迹化为一个点，可视其为深水情况。 辐射应力：波浪流引起的剩余动量流，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交换产生的应力的时均值，单位是N/m 平均总波能：E=E/L=1/8*ρgH2 微服波的波能流：波浪在传播过程中存在能量传递，单位时间内通过单宽波峰线长度的平均的能力传递率称为波能流。P=Ecn 问答题：斯托克斯波与微服波区别：1水质点运动轨迹不同，微服波为封闭椭圆，斯托克斯波不封闭2波形上的区别：在波峰处，ηc=+δ，波面比微服波抬高了，因而变成尖陡；波谷处，ηt=-+δ，波面比微服波也抬高了，因而变得平坦。波峰波谷不再对称于水平面。 随机波的描述：1特征波法：部分大波平均值法、超值累计概率法。H1%，其定义是指在波列中超过此波高的累积概论为1%。H13%约相当于H1/3（有效波） 频谱：函数S(σ)就相当于波能密度对于组成波频率的分布函数，这一函数称为波频谱 方向谱：函数S(σ,θ)相当于波能密度相对于组成波频率和方向的分布。给定频率时，它描述不同方向间隔的能量密度，因而它是反映海浪内部结构的能谱，简称方向谱 波浪在浅水中的变化：浅水变形、折射、绕射、反射、破碎 波浪守恒：一列简单波浪进入浅水区后，在传播过程中随着水深变化，其波速、波长、波高和波向都将发生变化，但其波周期则始终保持不变。 浅水变形： 浅水变形系数： 波浪折射：波浪进入浅水区后，同一波峰线的不同位置将按照各自所在的水深决定其波速，处于较大水深位置的波峰线推进较快，处于水深较小位置的推进较慢，波峰线因此而弯曲并逐渐趋于与等深线平行，波向线趋于垂直于岸线，波峰线和波向线随水深变化而变化的现象称为波浪折射 斯奈尔定律：sinα/c=sinα0/c0=常数 折射引起的波高变化：Hi=h0kskr kr= 辐聚：在海岬岬角处，波向线集中。辐散：在海湾里，波向线将分散。 极限波陡：深水推进波(δ0)max=(H0/L0)max=0.142≈1/7;有限水深和水平底坡δmax=（H/L））