海岸动力学 内容汇总 (1)

海岸动力学

第一章概论

1、海岸带宽度按从海岸线向内陆扩展10km，向外海延伸到-15~-20m水深计算。

2、海岸的类型：

按照岸滩的物质组成可以把海岸分作基岩海岸、沙质海岸、淤泥质海岸和生物海岸等类型。

基岩海岸，特征是：岸线曲折、湾岬相间；岸坡陡峭、滩沙狭窄。此类海岸水深较大，掩蔽较好，基础牢固，可以选作兴建深水泊位的港址。

沙质海岸：岸线平顺，岸滩较窄，坡度较陡，常伴有沿岸沙坝、潮汐通道和泻湖。此类海岸常是发展旅游、渔港的良好场所。

淤泥质海岸：此类海岸岸线平直，一般位于大河河口两侧，岸坡坦缓、潮滩发育好、宽而分带，潮流、波浪作用显著，以潮流作用为主；潮滩冲淤变化频繁，潮沟周期性摆动明显。淤泥质海岸滩涂资源丰富，有利于发展海洋水产养殖、发展海涂圈围成为陆用于发展农业与盐业或畜牧业等其他产业。

生物海岸：包括红树立海岸和珊瑚礁海岸。

海岸的基本概念：海岸是海洋和陆地相互接触和相互作用的地带，包括遭受海浪为主的海水动力作用的广阔范围，即从波浪所能作用到的海底，向陆延至暴风浪所能达到的地带。

外滩：指破波点到低潮线之间的滩地。

离岸区：破波带外侧延伸到大陆架边缘的区域。

淤泥质海岸从陆到海由三部分组成：潮上带，位于平均大潮高潮位以上；潮间带，为平均大潮高潮位到平均大潮低潮位之间的海水活动地带；和潮下带，在平均大潮低潮位向海一侧。

海岸侵蚀：指海水动力的冲击造成海岸线的后退和海滩的下蚀。

引起海岸侵蚀的原因主要有两种：一是由于自然原因：如河流改道或入海泥沙减少、海面上升或地面沉降、海洋动力作用增强等；二是由于为人原因，如拦河坝的建造、滩涂围垦、大量开采海滩沙、珊瑚礁，滥伐红树林，以及不适当的海岸工程设施等。

常见的海岸动力因素主要有：

波浪的作用，波浪是引起海岸变化的主要原因；

海岸波生流：斜向入射的波浪进入海滨地带后，在破波带引起一股与岸线平行的平均流，即沿岸流。波浪在传向海岸的过程中会导致海岸水域出现流体质量的汇聚，这包括波浪由离岸水域传入破波带伴随着质量输移流向海岸汇集；方向相对的沿岸流在交汇点产生流体质量汇聚。这些汇聚的流体质量集中起来可能以裂流的形式向外海回流。

由波浪运动引起的质量传输、沿岸流、裂流以及裂流头处的水体扩散等水流流动，构成了水平的近岸环流系统。

潮流的作用：潮汐是在太阳和月球引力作用下发生的海面周期性涨落现象。潮汐作用主要表现在两个方面：一是潮汐的涨落，使海面发生周期性的垂直运动；二是使海面水体产生水平方向整体运动形成潮流。

径流的作用，海流的作用风暴潮和海啸的作用、风的作用等。

第一章思考题：

1-3 海岸环境动力因素（风、波浪和潮流等）对海岸变形的影响是什么？

第二章波浪理论

第一节概述

一、波浪分类

规则波：在传播过程中波形规则，具有明显的波峰波谷，二维性质显著的波浪可以视为规则波。离开风区后自由传播时候的涌浪接近于规则波不规则波：大洋中的风浪，波形杂乱，波高、波周期和波浪传播方向不定，空间上具有明显的三维性质，这种波成为不规则波或者随机波。

深水波、有限水深波、浅水波：一般按h/L=1/2作为划分深水波与有限水深波的界限，h/L=1/20作为划分有限水深和浅水波的界限。

振荡波：

推进波及驻波

推移波

二、波浪运动的描述方法和控制方程

用简谐波的形式来描述波动时候，波面余弦函数表示为：η=A cos(kx −σt)，其中k 称为波数，表示2π长度上波动的个数。圆频率σ=2πT

建立线性波理论时，为了简化起见一般作如下假定：1）流体时均质和不可压缩的，其密度为一常数；2）流体时无粘性的理想流体；3）自由水面的压力是均匀且为常数；4）水流运动是无旋的；5）海底水平、不透水；6）质量力仅为重力，表面张力和柯氏力可忽略不计；7）波浪属于平面运动，即在xz 平面内作二维运动。

水质点运动速度：u =∂Φ∂x

， u =∂Φ∂z 线性波理论的控制方程：∂2Φ∂x 2+∂2Φ

∂z 2=0，物理意义：流体是不可压缩流体，

满足质量守恒原理，且流体运动是无旋有势运动。

边界条件：（1）海底处边界条件： P31 （2-10），物理意义：海底表面为固壁，水质点垂直速度为零。（2）自由表面动力学边界条件：（2-11），物理意义：流体质量力仅为重力，满足能量守恒原理。（3）自由表面运动学边界条件：（2-12），物理意义：流体界面具有保持性，界面上的流体质点始终位于界面上，自由水面流体质点运动无穿越。（4）流场左右两端面的边界条件：（2-13），物理意义：流体运动在空间和时间上均呈周期性，为周期运动。

要精确解出二维波列的定解，将遇到两个困难：（1）自由水面边界条件是非线性的；（2）自由水面位移是未知的，即自由表面边界是不确定的。

第二节 微幅波理论

一、 微幅波控制方程和定解条件

公式2-18（a~e ）及其物理意义。

二、微幅波理论解——微幅波势函数和色散方程

速度势函数表达式：Φ=Ag σcosh k(h+z)

cosh kh sin(kx −σt)

色散方程：σ2=gk tanh kh

色散现象：当水深给定时，波的周期越长，波长亦越长，波速也将愈大，

这样使得不同波长的波在传播过程中逐渐分离开来。这种不同波长（或周期）的波以不同的速度进行传播最后导致波的分散现象称为波的色散现象。色散方程还表明，波浪的传播还与水深有关，水深变化时，波长和波速也将随之变化。

变化一：确定波长：L =gT 22π

tanh kh 变化二：确定波速：c =gT 2πtanh kh

对于深水和浅水两种极端情况，色散方程还可以作不同的简化，得到深水波和浅水波的近似表达式：

当水深h 或者kh 为无限大，根据双曲函数特性，（2-30）（2-31）（2-32），可以知道，在深水情况下，波长和波速只与波周期有关，而与水深无关。

（2-33）（2-34）（2-35），波浪在浅水中传播时其波速变化只与水深有关，且与水深的平方根成正比，而与波周期或波长大小无关。因此任何周期（或波长）的波浪传播到浅水区后，波浪的传播速度指只由当地水深控制。

三、微幅波的速度场和加速度场

波动水质点的水平速度和垂直速度相差π2个相位。

四、微幅波的质点运动轨迹

微幅波水质点的运动轨迹方程：（x−x 0）

2a 2+（z−z 0）2b 2=1，为椭圆方程。

微幅波水质点运动轨迹为一个封闭椭圆。在水面处b=A ，即为波浪的振幅，在水底处b=0，说明水质点沿水底只坐水平运动。

在深水情况下，a=b ，水质点运动轨迹为一个圆。

五、微幅波的压力场

p z =−ρgz +ρgA cosh(h+z)

cosh kh cos(kx −σt)

当cos(kx −σt)=1时，得到最大压力值

当cos (kx −σt )=−1时，得到最小压力值

六、微幅波的波能和波能流

在二维波浪中，单宽波峰线长度内一个波长范围中所存储的总波能由势能和动能两部分组成。波浪势能是由于水质点偏离的平衡位置所致。波浪动能是由于