港口航道与海岸工程-海岸动力学：第一章至第五章 详尽知识点整理 复习备考资料

第一章 波浪理论
1.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/L ≥1/2 为深水波；1/2>h/L>1/20 为有限水深波；h/L ≤1/2 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.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
3.参数（1）波高H ：两个相邻波峰顶之间的水平距离（2）振幅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 （ηη= ：波面至静水面的垂直位移（5）函数表达式： ）t -kx （Acos ση=（6）圆频率：T 2πσ= （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.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.速度φ的控制方程（拉普拉斯方程）： 02
222=∂∂+∂∂z x φφ 就是势运动的控制方程。

6.拉普拉斯方程的边界条件：（1）海底表面边界条件：海底水平不透水 0z
=∂∂φ ，h z -= 处
（2）自由水面动力学边界条件： 0])()[(21t 22=+∂∂+∂∂+∂∂==ηφφφ
ηηg z
x z z （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
x x t =∂∂-∂∂∂∂+∂∂φφηη ，η=z 处（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 （φφ=
7.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h
7.微幅波波面方程：）t -kx （cos 2
σηH =弥散方程）kh （gktanh 2=σ 波长：）kh （tanh 2gT L 2π= 波速：）kh （tanh 2gT c π= 深水波长：π2gT L 2o = 深水波速：π
2gT c o = 浅水波长：gh T L s = 浅水波速gh c s =
8.色散（弥散）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.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.波浪压力：[]）
t -kx （cos ）kh （cosh ）h z （k cosh 2g gz -p z σρρ++=H 第一项为静水压力部分，第二项为动水压力部分。

11.微幅波的总波能：2k p gH 81E E E ρ=+=2米/单位为焦
12.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.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.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επη42H H += ,波面比微幅波抬高了επ4
H ，因而变为尖陡；波谷处επη42H H t +-=, 微幅波也抬高了
επ4H ，因而变得平坦。

随着波陡增大，抬高值也愈大，峰谷不对称将加剧。

2.二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.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）：函数S （σ）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：函数S （σ，θ）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S （σ）分布于σ=0~8之间，但其显著部分集中于一狭窄的频域内。

第二章
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：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：i o i s s cn c H H k k H cn H H )(22c 00i 0o
i ====）（
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/l<1/2)同一波峰线的不同位置将按照各自所在地点的水深决定其波速，处于水深较大位置的波峰线推进较快，处于水深较小位置的推进较慢，波峰线就因此而弯曲并逐渐趋于与等深线平行，波向线则趋向于垂直于岸线，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：常数=c αsin 00sin sin c c αα=
波浪辐聚与辐散：在海岬岬角处，波向线将集中，称为辐聚，此处Kr>1,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Kr<1,波高将因折射而减小。

深水推进波的极限波陡：
142.0max 00max 0==）（）（L H δ 有限水深：)(tanh 142.0max max kh L H ==）（δ浅水：b L h L H π）（271max max ==δ
破碎点波高H 而水深h 关系：89.0=b b h H
柯林斯与威尔的经验公式：βγtg b 6.572.0+=（r 破碎指标）
破波角：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(000L H b +=αα 当0<0α< 50
破碎形态：“崩波”型破碎波；“卷波”型破碎波；“激散波”型破碎波
第三章近岸流理论
1. 近岸流包括向岸流，沿岸流，强而窄的离岸流（裂流）
2. 辐射应力定义为波浪运动引起的剩余动流量
3. 波浪的增水和减水：指波动水面时均值相对于静止水面的偏离值，在破波带外的浅水区，发生减水现象；在破波带以内的浅水区，发生增水现象
4. 沿岸流的发生机理：波浪斜向入射时，波浪动量流（辐射应力）沿岸分量在通过破波带时的变化并不能由平均水面坡降力所平衡。

在沿岸方向，需要有底部剪切应力来平衡辐射应力梯度。

而时均剪切应力只有在发生时均流动时才存在。

因此，处于衰减中的表面波，将沿岸波动动量转化为时均沿岸流动。

5. 破波带外，波能守恒。

6. 不考虑侧向掺混时的沿岸流解，沿岸流速分布呈三角形。

在破波线D=Db ，沿岸流速最大。

考虑侧向掺混事的沿岸流理论解，流动主要局限于破波区，而在破波带外迅速减弱。

第五章 沙质海岸的泥沙运动
1. 海岸分为无粘性泥沙组成的沙质海岸和粘性泥沙组成的淤泥质海岸。

在沙质海岸上，波浪是泥沙起动，推移和悬浮的主导因素。

2. 向岸—离岸方向泥沙搬运是控制海滩剖面短期变化的主要因素，而沿岸输沙则是预测海滩长期变化和大规模海岸变形的主要因素。

3. 泥沙活动参数M
D g u M s m )(2ρρρ-= M ——促使泥沙起动的驱动力和重力引起的稳定力之间的比值
4.泥沙扩散方程
0=+dz dS s s εω
5. 将近岸区泥沙运动按方向不同分为：横向运动和沿岸运动，沿岸泥沙运动主要取决于波导沿岸流，横向泥沙（或称向岸—离岸运动）主要取决于波浪水质点运动
6. 沿岸输沙率：是波浪和波导沿岸流共同作用引起的纵向泥沙运动。

在沙质海岸上，沿岸输沙主要发生在破波带内。

沿岸输沙的机理是波浪掀沙、沿岸流输沙最大输沙率在破波带和沿岸流速最大值之间
第六章岸滩演变
1.岸滩有两种时间尺度明显不同的变形：一种为长期演变，表现为海岸线长期后退或前进，历时可达数年、数十年乃至百年以上；另一种是短期演变或季节性演变，海滩剖面随季节性风浪大小而作节律性变动。

（短期-横向运动；长期-纵向运动）
2.（p ．123图）以破波线为界可把水域分为近岸区与离岸区。

离岸区（近海区）：从破波线向海一直到大陆架边缘。

近岸区（泥沙活动最剧烈）：从破波线向岸直至岸边。

近岸区可分为：（1）外滩（2）前滩（3）后滩；外滩：位于破波点到低潮位岸线之间的区域，属于潮下带。

前滩：位于低潮位岸线与高潮时波浪上涌水流达到的最高点。

因周期性地暴露在空气中，所以相当于潮间带。

后滩：位于前滩和海岸线之间的区域，属潮上带。

3.在沙质海滩上，沿岸沙坝与滩肩是海滩的重要特征构造。

卷破波是形成沿岸沙坝的主要原因。

沿岸沙坝的位置与破波位置有关。

4.海滩平衡剖面：在一定条件下，海滩上任一点的泥沙均没有净位移，剖面形状维持不变的海滩形态。

5.海滩的一个重要性质就是：它的动态变化特性。

沙质海滩动态变化的一个显著表现就是“风暴剖面”与“常浪剖面”之间的变化。

风暴剖面=沙暴剖面；常浪剖面=滩肩剖面
6.简答：风暴剖面和常浪剖面是怎么形成的？风暴剖面是指在风暴盛行期间，海滩的上部被侵蚀，泥沙被搬运到离岸区堆积而成的剖面形状，以形成沙坝为主要特征。

当风暴季节过去，海面处于相对的平静期时，入射波浪相对较小，这时淤积在离岸区的泥沙逐渐被波浪推移而向岸输运。

这些泥沙在岸边堆积逐渐形成滩肩。

形成光滑而有较宽滩肩的常浪剖面，又称滩肩剖面。

7．海岸可分为三种类型：（1）Q1>Q2，堆积性海岸（海岸泥沙堆积，岸线前进）（2）Q1<Q2，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：（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=Q2n ≠0，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.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：y x t h t -y x b ∂∂+∂∂=∂∂=∂∂Q Q Z 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。

岸滩剖面变化方程：（1）忽略纵向输沙y t h y ∂∂=∂∂Q （2）忽略横向输沙x t h x ∂∂=∂∂Q
10.一线模型的假定：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。