波浪的破碎
第3章 波浪传播和破碎(4版)
k 0 t
书面理解：波数向量随时间的变化率与圆频率的位置变化率平衡 是啥意思？
从一维波浪运动的角度进行理解
进出 内变
1/ T dx f f f f dx dx dx x 2 x x x dx kdx dx k k 0 t L t 2 2 t t x
比底部水质点速度滞后π/4
单位面积床面上摩阻力引起的时均能量损耗率为：
1 T 2 D f U b b dt umb T 0 2
正比
反比
3.1波浪近底边界层和底摩阻
一、波浪的近底边界层流速分布和摩阻损失
II.紊流边界层内的流速和摩阻损失
紊流边界层内的剪应力
u e z
稳定波场
0
?
k 0 t x
控制体内波浪个数N
Come
t T1
Go
t T2
If , t , N ?
So, T is a constant related to place T x 0
gT 2 But , L tanh(kh) is 2 constant ?
根据数学等式：
←Ω为标量
t t
i j kxi k y j k x y t
k 0 t
波浪守恒方程
然而，波浪守恒方程的物理意义是什么呢?
波浪守恒方程的物理意义?
T=10s
1 P65，图3-1(距离底部 高度处，u=umb) 2
1 z 2 0.0028m
3.1波浪近底边界层和底摩阻
4 波浪传播变形和破碎
海岸动力学Coastal Dynamics长沙理工大学水利工程学院School of Hydraulic Engineering, Changsha University of Science & Technology Lecturer(主讲教师)：Dr. Chen Jie(陈杰)2012.10在深海中形成及发展的风浪，离开风区后继续传播，传播围窄，波形接近于简谐波。
涌浪传到滨海区以后，会受到海底地形、地貌、水深变涌浪传到滨海区以后，会受到海底地形、地貌、水深变涌浪传到滨海区以后，会受到海底地形、地貌、水深变课程内容：波浪在浅水中的变化对港口海岸建筑物和近岸航道设计等是非着航道和港区的淤积，造成岸滩的侵蚀变形。
波浪的浅水变形开始于波浪第一次一、波浪守恒(Wave conservation)二、波能守恒和波浪浅水变形(Wave Shoaling)二、波能守恒和波浪浅水变形gH E ρ=gH E ρ=gH E ρ=/20L h L c π三、波浪折射三、波浪折射斯奈尔定律（Snell2 折射引起的波高变化相邻波向线之间的间距0cos cos αα41202sin sin ⎟⎟⎠⎞−−αα根据折射图可以直观的得到沿岸波高的分布情况：根据折射图可以直观的得到沿岸波高的分布情况：在海岬岬角处，波向线将集中，这种现象称为辐聚，此处辐聚、辐散将使海岸上各处的波高不等，这对海岸上泥沙运动有着重要影响。
波浪辐聚处波能集中，可能会引起强烈的冲刷，反之，波浪辐散处波能分散，可能产生泥沙淤积。
波浪守恒：T不变四、波浪的反射与绕射四、波浪的反射与绕射四、波浪的反射与绕射入射波和反射波相互干扰而形成组合波。
2.波浪绕射（同，愈深入掩蔽区内波高愈小，港口或天然海湾内的波Shadow zone Wave zoneBreakwater Wave rays如何考虑波浪的绕射？如何考虑波浪的绕射？(2)不规则波绕射波浪破碎(wave breaking)波浪破碎原因？？波浪破碎原因五、波浪的破碎米切尔1893年提出深水推进波的极限波陡为：深水破碎指标:破碎指标:海滩坡度m=tgβ(β为底坡与水平轴的夹角)对于破碎指标有2.破碎波类型“崩波”型破碎波(Spilling)：“卷波“激散波。
海岸动力学课程作业11
波浪破碎简述摘要：波浪由深水传到浅水的过程中，无论波高、波长、波速还是波浪的剖面形状都将不断发生变化。
促使波浪在浅水区发生变化的原因主要是水深变浅、地形复杂、海底摩擦、水流作用以及障碍物（岛屿及建筑物等）的影响。
这些变形主要包括：折射、绕射、反射以及破碎等现象。
而作为波浪浅水变形的一种形式，波浪破碎有它的现象、产生机理及评价指标，本文主要对波浪破碎的这三个方面进行了概括总结。
关键词：波浪破碎，产生机理，浅水破碎指标1.引言波浪行进海岸时，发生变形、折射及反射，波长波高均变，甚至一个波可分解为两个或更多的波，最后破碎，涌上海滩。
在破碎的过程中伴随着能量的变化，使波浪损失掉它所含有的大部分能量，从海底搅起大量的泥沙，给护岸或防波堤以强大的冲击力，造成海岸的冲蚀及建筑物的损坏。
但由于破碎的水流运动极为复杂，使理论工作分析遇到极大的困难，所以到目前为止没有形成比较完善的计算分析理论。
现阶段主要是通过数值模拟或者物理模型观测对波浪破碎一个定性的分析。
2.波浪破碎的原因波浪破碎时波高与水深之比H/d接近于1.0，属于强非线性波浪运动。
波浪示意图如图一。
图一、波浪示意图（1）运动学原因从运动学角度波浪不破碎的条件应该是波峰处流体质点水平速度u小于波峰移动的速度c（相对速度），一旦这一条件破坏，波峰处流体质点将会溢出波面，形成破碎波。
这种情况下通常表现为溢破波。
（2）动力学原因由于波浪中流体质点可以近似的看做圆周运动或椭圆运动。
自由表面上流体质点的圆周运动半径为波浪波幅A。
质点圆周运动存在离心力σ2A，σ为波浪圆频率，该离心力为自由流体质点自身重力和流体压力所平衡，但在自由表面上波峰处该平衡力的最大值为重力加速度g,一旦质点离心力大于该值将使流体质点无法保持圆周运动，而出现逸出现象，即产生溢破波。
从另一个角度来说，波浪进入浅水后，波长渐短，波高开始时也略减小，但以后就逐渐增大，因此，当波浪传到一定浅水后，波陡就迅速增大。
08-海岸地貌
3、近岸流
当入射波浪不垂直于海岸时，便可造成水体 沿海岸流动，形成近岸流。
波 峰 线
波向线
• 1.沿岸流 • 分布在破浪带与岸线之间，流动方向与局部海岸线 平行的一股海流。其成因有两种： • ①当波峰线与岸线斜交时，由于波浪折射作用， 在波浪带与岸线之间产生一股与岸线平行的沿岸流。 • ②河流入海，咸淡水混合，在盛行风的作用下 形成沿岸流。如长江和钱塘江入海后形成的浙闽沿 岸流和黄海沿岸流等。 • 2.近岸循环流 • 近岸循环流由自外海缓慢输送到碎浪带的整体水流、 沿岸流和离岸向外的裂流三部分组成。 • 波峰线与岸线平行或斜交（沿岸流的雍水作用）均 可形成。
②潮汐的成因
●内因：海洋水体； ●外因：天体引潮力。月球引潮力是 太阳的2.17倍。
顺潮
对潮
③潮汐的类型
◆半日潮：在一个太阴日（24小时50分）内， 有两次高潮和两次低潮，而且两相邻高潮或 低潮的潮高几乎相等，涨落潮时也几乎相等。 潮汐高度从赤道向两极递减，故又称为赤道 潮或分点潮； ◆全日潮：半个月内，有连续7天以上在一 个太阴日内，只有一次高潮和一次低潮，这 样的潮汐称为全日潮。北部湾是世界上最典 型的全日潮海区之一。 ◆混合潮：在一个太阴日内，也有两次高潮 和两次低潮，但潮差不等，涨潮时和落潮时 也不等。
③深水波与浅水波
★深水波——水深相对波长很大的波 （水深 ＞ L／2 ），水质点运动轨迹 为圆形，又称表面波或短波；深水波 作用的极限水深等于一个波长，该深 度称为波浪作用基面或波底； ★浅水波——水深相对波长很小的波 （水深＜ L／2 ） ，水质点运动轨迹 为椭圆形， 又称长波； 浅水波与深 水波比较，波速减小，波长变短，波 高增加。
第六节 生物作用形成的海岸
• 一、珊瑚礁海岸 • 岸礁、堡礁、环礁 • 二、红树林海岸
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海岸动⼒学第⼀章1.2.按波浪破碎与否波浪可分为：破碎波，未破碎波和破后波3.★根据波浪传播海域的⽔深分类：①h/L=0.5深⽔波与有限⽔深波界限②h/L=0.05有限⽔深波和浅⽔波的界限，0.5>h/L>0.05为有限⽔深；h/L≤0.05为浅⽔波。
4.波浪运动描述⽅法：欧拉法和拉格朗⽇法；描述理论：微幅波理论和斯托克斯理论5.微幅波理论的假设：①假设运动是缓慢的u远⼩于0，w远⼩于0②波动的振幅a远⼩于波长L或⽔深h，即H或a远⼩于L和h。
6.(1)基本参数：①空间尺度参数：波⾼H:波⾕底⾄波峰顶的垂直距离；振幅a:波浪中⼼⾄波峰顶的垂直距离；波⾯η=η(x,t):波⾯⾄静⽔⾯的垂直位移；波长L:两个相邻波峰顶之间的⽔平距离；⽔深h:静⽔⾯⾄海底的垂直距离②时间尺度参数：波周期T：波浪推进⼀个波长所需的时间；波频率f：单位时间波动次数f=1/T；波速c：波浪传播速度c=L/T(2)复合参数：①波动⾓(圆)频率?=2π/T②波数k=2π/L③波陡δ=H/L④相对⽔深h/L或kh7.(1)势波运动的控制⽅程（拉普拉斯⽅程）：(2)伯努利⽅程：8.定解条件（边界条件）：①在海底表⾯⽔质点垂直速度为零，②在波⾯z=η处，应满⾜两个边界条件：动⼒边界条件：⾃由⽔⾯⽔压⼒为0；运动边界条件：波⾯的上升速度与⽔质点上升速度相同。
⾃由⽔⾯运动边界条件：③波场上、下两端⾯边界条件：对于简单波动，常认为它在空间和时间上呈周期性。
9.①⾃由⽔⾯的波⾯曲线：η=cos(kx-?t)*H/2②弥散⽅程：?2=gktanh(kh)③弥散⽅程推得的2/(2π), c= tanh(kh)*gT/(2π), c2= tanh(kh)*g/k长的波在传播过程中逐渐分离。
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。
11.①深⽔波时：波长L0=gT2/(2π)；波速c0=gT/(2π)②浅⽔波时：波长L s=T；波速c s=12.微幅波⽔质点的轨迹为⼀个封闭椭圆，但不是⼀直为椭圆，在深⽔情况下，⽔质点运动轨迹为⼀个圆，随着质点距⽔⾯深度增⼤，轨迹圆的半径以指数函数形式迅速减⼩。
《海岸动力学》第二章 波浪理论知识点整理
第二章 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（4）按波浪运动的运动学和动力学处理方法：分为微幅波（线性波）和有限振幅波（非线 性波）2.波浪运动控制方程（1）振幅A ：波浪中心至波峰顶的垂直距离，H=2A （2）波高H ：两个相邻波峰顶之间的水平距离 （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：T2πσ=（7）波速c ： 波形传播速度，即同相位点传播速度，又称相速度3.速度φ的控制方程（拉普拉斯方程）： 02222=∂∂+∂∂zx φφ 4.拉普拉斯方程的边界条件： （1）海底表面边界条件：0z=∂∂φ，h z -= （2）自由表面动力学边界条件：0])()[(21 t22=+∂∂+∂∂+∂∂==ηφφφηηg zx z z （3）流体界面边界条件：0zx x t =∂∂-∂∂∂∂+∂∂φφηη ，η=z （4）二维推进波，流场左、右两端面边界条件可写为：）（）（z ,ct -x t ,z ,x φφ= 5.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★6.色散方程：gktanhkh 2=σ ，tanhkh 2gT L 2π=，tanhkh 2gTc π= 色散方程在深水情况下的简化：gk 2=σ ，π2gT L 2o = ，π2gTc o =色散方程在浅水情况下的简化：h gk 22=σ，gh T L s = ，gh c s =★7.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。
8.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） 9.微幅波的总波能：2k p gA 21E E E ρ=+= 10.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11.波能流计算式：Ecn P = n （波能传递率）= ]sinh2kh2kh[121+深水时n=1/2 ; 浅水时n=1 ★12.斯托克斯波河微幅波的区别:二阶斯洛克斯波波形与微幅波有较大的差别。
风浪与涌浪
风浪是指当地风产生，且一直处在风的作用之下的海面波动状态；涌浪则指海面上由其他海区传来的或者当地风力迅速减小、平息，或者风向改变后海面上遗留下来的波动。
风浪和涌浪是海面上最引人注目的波动。
风浪的特征往往波峰尖削，在海面上的分布很不规律，波峰线短，周期小，当风大时常常出现破碎现象，形成浪花。
涌浪的波面比较平坦，光滑，波峰线长，周期、波长都比较大，在海上的传播比较规则。
观测表明，在海洋中风浪和涌浪会单独存在，但往往同时存在，它们的传播方向也往往不同。
有经验的观测者很容易把它们区分开来。
6.6.1风浪的成长与消衰风浪的成长与消衰主要地取决于对能量的摄取与消耗之间的平衡关系。
风向海面输送能量能够引起海流，同时也会引起波动，关于波动如何从风中摄取能量而成长的机制，目前尚无统一而确定的论断。
一般认为，由于风对海面的扰动，首先引起毛细波(波纹)，这就为风进一步向海面输送能量提供了必要的粗糙度。
然后通过风对波面的压力，继续向波动提供能量，使其不断成长。
与此同时，由于海水的内摩擦等使能量损耗。
当波浪传至浅水或岸边时，由于海底摩擦或者发生破碎时，使能量损失殆尽，波浪消失。
对能量的摄取与消耗的关系本书不作详细讨论。
一、风浪成长与风时、风区的关系常言道“风大浪高”，“无风不起浪”，这是对风与浪关系的一种描述。
但这只是部分正确。
人所共知，小小的水湾中，哪怕再大的风也决不会掀起汪洋大海中那种惊涛骇浪，因为它受到了水域的限制。
另外，即便是在辽阔的海洋中，短暂的风也不会产生滔天巨浪。
可见风浪的成长与大小，不是只取决于风力，而是与风所作用水域的大小和风所作用时间的长短有密切关系。
为此，我们引进风时和风区两个概念，以便于对风浪成长的讨论。
所谓风时，系指状态相同的风持续作用在海面上的时间；所谓风区，是指状态相同的风作用海域的范围。
习惯上把从风区的上沿，沿风吹方向到某一点的距离称为风区长度，简称为风区。
当然，风浪的成长还与其他因子有关，例如海洋水深、地形、岸线形状等。
关于波浪的一般基本问题200704[1]
![关于波浪的一般基本问题200704[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/417662eb19e8b8f67c1cb9f4.png)
有关波浪的一些基本问题2007年04月目录1关于波浪的基本特征参数和名词解释 (1)1.1波浪的基本特征参数 (1)1.2有关波浪的名词解释 (2)2描述波浪运动的基本理论 (4)2.1艾利的微幅波理论 (4)2.2斯托克斯的有限振幅波 (8)2.3浅水非线性波 (13)3波浪统计特征和谱 (14)3.1波浪的统计特性 (14)3.2波谱的简要介绍 (17)4关于风浪计算的一些问题 (21)4.1一般介绍 (21)4.2几种参数化方法计算公式 (23)5波浪传播与变形 (26)5.1波浪浅水变形 (26)5.2波浪折射 (27)5.3波浪绕射 (28)5.4波浪传播变形综合计算 (29)5.5波浪破碎指标及破波波高 (29)5.5.1波浪破碎指标及破波波高 (30)5.5.2破波分类 (32)5.5.3波浪的增、减水和近岸流 (33)5.6波浪反射 (35)1 关于波浪的基本特征参数和名词解释波浪是海洋、湖泊等水域常见的一种自然现象。
波浪生成原因很多，风是波浪生成的重要因素，故有无风不起浪之说。
当然我们还见到无风时的浪，称之为涌浪，这也是由风引起，当风引起波浪传至风作用区域以外，被我们见到。
由于波浪是因风产生，那么波浪大小和风的几个参数如风速、风时、风距等密切相关，对于近岸水域还受水深影响。
小风速，作用时间短，作用距离短产生不了大浪。
有限风区的水域一般都是风产生的风成浪。
风成浪的特点是波周期短。
宽阔的水域就会有从远处产生的风浪传至近岸水域的涌浪。
波浪传播过程中长周期部分传播速度快，传播距离远，至我们观测处波周期长，故涌浪波周期长。
我国沿海观测到除了风浪外，纯涌浪不多，大多是既有风浪部分又有涌浪成分的混合浪。
混合浪的周期也比较长。
1.1 波浪的基本特征参数表示波浪特征的主要有波高、波长或周期和波向等参数：(),1H a x t L d T f f T c c L ηηη⎧⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎩⎧⎪⎪=⎨⎪⎪=⎩波 高——波谷底至波峰顶的垂直距离振 幅——波浪中心线至波峰顶的垂直距离空间尺度参数波 面——波面至静水面的垂直位移＝波 长——两个相邻波峰顶之间的水平距离水 深——静水面至海底的垂直距离。
近区破碎波荷载计算方法
近区破碎波荷载计算方法波浪是海洋、湖泊、水库中的水体，在某种外力（如风，地震，风暴潮）作用下，水质点离开原来的平衡位置，所形成的水面起伏现象。
由于波浪的破碎现象十分复杂，加上与直墙建筑的相互作用，至今对直墙建筑的破碎波浪力还不能以严密的理论进行分析计算，各种工程上采用的基本上是在试验研究成果的基础上提出的经验方法，其中引入了某些假说，通常采用的假说大体有如下几种：（一）射流理论：波浪破碎的瞬间水体运动发生不连续现象，水质点以相当大的速度u射出，射流打击在堤上形成冲击压力，压强p=kγuu/2g， k为待定系数，该方法在于合理确定k及u，由于理论上k值不可能太大，这一假说所得波压力往往偏小过多。
（二）气垫理论： 1939年英国Bagnold 在实验室中观察到波浪破碎击堤前，波面形成一弯月面，击堤前波面与堤面形成一个被流体与固体面所包围的空气泡，在波浪击堤的过程中空气泡压缩而形成一个冲击压力，按照这一假说，当空气袋中空气密度不等时，其形成的压力应有较大差别：同时只要外力足够大，作用时间足够长，空气袋的大小对冲击压力也有明显的影响，即气袋愈大，产生的冲击压力将愈大，对于这种理论目前尚有争议。
例如，Minikin赞同这一观点，并提出了一个破波压力的计算方法，在欧美，这一方法至今还为人所荐用。
然而也有学者批评了这一观点。
例如美国的Gerritsen做了不同产气敛的对冲击压力影响的试验，结果表明掺气量的大小对压力并无影响。
美国的Kamel做了另一个专门试验。
他利用不等高的环面板冲击水面，发现环高为零时压力最大，即无气垫时压力最大，。
这两个理论是对气垫理论的有力否定，不过支持这一观点者至今仍不乏人。
（三）水动量交换理论：这一假说认为破波水流击堤前后水体动量的变化即其对堤作用的冲量，即Δmu=Ft。
动量变化相同时，冲击作用的延时不等，作用的压力也不等，许多试验表明，同样的波浪打击堤面时，波压力的峰值很大，其延时亦不等；一般，压强大者延时较短，而相应的冲量值的变化较小。
波浪由深水区进入海岸带的变化过程
波浪由深水区进入海岸带的变化过程波浪由深水区进入海岸带的变化过程可以分为以下几个阶段：第一阶段：波浪传播当波浪处于深水区时，水深远大于波长，波浪传播遵循线性波理论，波浪的传播速度与水深无关。
在这个阶段，波浪的传播速度主要受到波长的影响，波长越长，波速越快。
在深水区，波浪的特征主要是波浪高度和波长一直保持不变，但是频率和周期会发生变化。
波浪传播时，波峰上升，而波槽下降，形成了波浪的传播形态。
第二阶段：波浪的变形当波浪进入浅水区时，水深开始影响波浪的传播特性。
当波长比水深小时，波浪传播速度变得依赖于水深，传播速度减慢。
在这个过程中，波浪会发生变形，波峰开始变得更陡峭，波槽变得更平坦。
波浪的能量开始向前移动，越来越集中在波前。
这一阶段的过程中，波浪高度逐渐增加，波浪的高度增长受到水深的影响，水深越浅，波浪高度越大。
同时，波浪的传播速度减小，频率增加，周期缩短。
第三阶段：波浪破碎和波浪运动当波浪进一步进入浅水区并达到一定高度时，波浪开始发生破碎。
波浪破碎是指波浪的能量转化为颗粒、气泡等形式的能量耗散。
波浪破碎的具体形式取决于海岸线的地形和底波条件。
在这一阶段，波浪高度逐渐增加，传播速度减小，能量密度也会逐渐增加。
当波浪高度和水深相等时，波浪会开始变得不稳定并破碎，此时波浪能量开始转化为泡沫和浪花。
此后，波浪能量逐渐转化为长波和湍流能量，沿海底形成了辐射波床上的滚动运动。
这种运动不仅将波浪的能量向下传递，也会将波浪的能量向前传递，同时在波浪与海岸之间形成了一个稳定的波浪运动区域。
第四阶段：波浪侵蚀和沉积波浪在海岸带的侵蚀和沉积作用是海岸地形形成和演变的重要因素。
波浪侵蚀是指波浪对海岸沉积物进行冲刷和搬运的过程，而波浪沉积是指波浪沉积物沉积和堆积的过程。
波浪侵蚀和沉积的过程受到波浪的能量和海岸地形的相互作用影响。
当波浪能量较大且与海岸线垂直时，波浪侵蚀较为严重，会造成海岸线的后退和海岸侵蚀。
相反，当波浪能量较小且与海岸线平行时，波浪沉积较为明显，会形成沙丘、沙洲等沉积地貌。
波浪在陡坡上传播演化破碎特性试验研究
波浪在陡坡上传播演化破碎特性试验研究
李威;李廷秋
【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》
【年(卷),期】2024(48)1
【摘要】文中选取不同波浪入射参数和水深,分析了波浪在陡坡上传播破碎规律,采用高速摄像机对卷破破碎组次进行拍摄,结合频谱分析对陡坡上波浪破碎形态、破碎位置、波能演化特性进行研究.结果表明:对于卷破破碎波,影响最大的因素是水深,其次是波高和周期.卷破波破碎的过程是水团和卷舌不断演化扩大最后消失的过程,是波能从低频向高频转换的过程,高倍频向主频及次频转移最终趋于稳定标志着卷破破碎的结束.
【总页数】5页(P62-66)
【作者】李威;李廷秋
【作者单位】武汉理工大学船海与能源动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U656.3
【相关文献】
1.不规则波浪在陡坡上非线性传播变形的试验研究
2.波浪在陡坡上的传播变形
3.岛礁陡坡地形上波浪破碎试验研究
4.深水波浪破碎时波浪演化特征实验研究
5.复合坡度珊瑚礁地形上波浪破碎的试验研究
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惊涛拍岸的科学原理
惊涛拍岸的科学原理
惊涛拍岸是指海浪冲击海岸的现象。
这一现象可以通过以下科学原理来解释：
1. 海浪形成：海浪是由风引起的水面波动形成的。
当风吹过海面时，与海水之间发生摩擦，使得海水颗粒受到推动并开始垂直位移。
这种位移会导致一系列的波浪形成，其中一些波浪会逐渐增大并向岸边移动。
2. 波浪传播：形成的海浪会向离开风源的方向传播，这意味着它们会向岸边移动。
当海浪靠近岸边时，它们会受到地形和水深的影响而发生改变。
3. 波浪破碎：当海浪靠近岸边，水深减小，波浪底部开始接触到海底。
这导致波浪变得不稳定并逐渐变高，最终导致波峰向前倾斜并形成断裂。
这个过程被称为波浪破碎或者波浪冲击。
4. 能量释放：在波浪破碎的过程中，波浪底部的水流速度增加，而波峰的高度减小。
这导致了能量的集中释放，以及冲击力的增大。
当波浪冲击到海岸时，它们会向上抛起并撞击到海岸，造成惊涛拍岸的现象。
总之，惊涛拍岸是海浪受到地形和水深的影响，在接近岸边时发生破碎和冲击的过程。
这一现象是海浪传播和能量释放的结果。
波浪破碎发生能量损失幅射应力沿程减小引起增水现象课件
波浪破碎的类型
按照波浪破碎发生的机制和形态，波 浪破碎主要分为三类：反射破碎、折 射破碎和崩解破碎。
折射破碎是指波浪在传播过程中，由 于水深或地形的影响，波形发生改变 ，能量逐渐损失导致波浪破碎。
反射破碎是指波浪遇到障碍物或岸线 时，由于波形的改变和能量的反射导 致波浪破碎。
神经网络
通过构建一个包含多个神经元的网络结构，对输入数据进行逐层处 理，并输出预测结果。
随机森林
通过构建多个决策树，并对每个树的结果进行投票或平均，从而得 到最终的预测结果。
模拟与预测的应用前景与挑战
应用前景
通过对波浪破碎现象进行模拟与 预测，可以为港口设计、海岸工 程、海洋资源开发等领域提供重 要的技术支持和决策依据。
波浪破碎发生能量 损失幅射应力沿程 减小引起增水现象 课件
contents
目录
• 波浪破碎现象 • 波浪破碎能量损失 • 波浪破碎辐射应力 • 波浪破碎沿程减小与增水现象 • 波浪破碎现象的模拟与预测 • 波浪破碎现象的防护与应对措施
01
波浪破碎现象
波浪破碎的定义
波浪破碎是指波浪在传播过程中，由于受到水深、地形或其他因素的影响，波浪 的振幅逐渐减小，波形发生改变，能量逐渐损失，最后导致波浪消失的现象。
提供科学依据和技术支持。
应急预案制定
02
根据模拟结果，制定针对性的应急预案，包括应急处置措施、
救援方案等，确保在波浪破碎现象发生时能够迅速响应。
实施效果评估
03
对应急预案的实施效果进行评估和反馈，不断优化和完善预案
，提高应对策略的科学性和有效性。
波浪理论深入探究海浪的起伏原因
波浪理论深入探究海浪的起伏原因海洋是地球上最广阔的水域，而海浪则是海洋中最为常见的现象之一。
无论是在海岸线上冲浪，还是在游艇上欣赏波涛汹涌的景象，我们都能感受到海浪的力量和美丽。
然而，为什么海浪会如此起伏不定呢？本文将深入探究波浪理论，解释海浪的起伏原因。
1. 海浪的形成海浪是由风吹动海面引起的。
当风吹过海面时，它会对水体施加力量，使得水分子发生振动。
这些振动以波的形式传播，形成了我们所看到的海浪。
2. 波浪的传播波浪传播有两种主要形式：表面波和体内波。
表面波是最常见的一种，它发生在海洋表面。
而体内波则发生在不同密度水层之间的界面上。
表面波可以进一步分为长波和短波。
长波通常由远离风源的大范围风场引起，它们具有较长的波长和较低的频率。
短波则由近距离的风场引起，波长较短，频率较高。
3. 海浪的起伏原因海浪的起伏是由多种因素共同作用引起的。
3.1 风速和风向风速和风向是影响海浪起伏的主要因素之一。
当风速较大时，它对海面施加的力量也会增大，从而产生更大的波浪。
而风向则决定了波浪的传播方向。
3.2 水深水深也是影响海浪起伏的重要因素。
在水深较浅的地方，波浪会受到底部摩擦力的阻碍，导致波高增加。
而在水深较深的地方，波浪传播时会逐渐减小。
3.3 海洋地形海洋地形对海浪起伏也有一定影响。
当海浪遇到岛屿、海岸线或者其他障碍物时，会发生折射、反射和干涉现象，导致波浪形态发生变化。
3.4 潮汐潮汐是由月球和太阳的引力作用引起的海洋水位周期性变化。
潮汐的变化也会对海浪起伏产生影响。
3.5 海洋流海洋流是由风、地球自转和地形等因素共同作用引起的水体运动。
海洋流的存在会对海浪的传播和形态产生影响。
4. 波浪的分类根据波浪的特征，我们可以将其分为破碎波、涌浪和潮汐波。
破碎波是指当波浪接近海岸线时，由于水深减小而发生断裂和翻滚的现象。
这种波浪通常伴随着巨大的能量释放，给海岸带来冲刷和侵蚀。
涌浪是指在远离海岸线的开阔海域中传播的波浪。
潜堤上破碎波浪传播变形的数值模型及其验证
第３卷 ０
第６ 期
海
洋
通
报
、 ． ０ Ｎｏ ６ ｂ１ ３ ． ．
Ｄｅ ２ １ ｃ． ０１
２１ 年 １ ０ １ ２月
Ｍ Ａ ＲＩ ＮＥ ＳＣＩ ＥＮＣＥ ＢＵＬＬＥＴＩ Ｎ
潜堤上破碎波 浪传播变 形 的数值模 型及其验证
刘 忠波 Ｌ，于德 海 ，孙 昭晨 ２ ２
（． １ 大连 海 事大 学 交通运 输 装备 与海 洋工 程学 院，辽 宁 大连 １６２ ； ． 连理 工大 学 海 岸 和近海 工程 国家 重 点实验 室，ｉ宁 大连 １６２ ） １０ ６ ２ 大 ｆ ＿ １０４
ｂ ｒ ａ ｉ ｇｐ ｏ ｅ ｔ ， ｈ ａｈ ｍａｉ ａ ｄ ｌ ｏ ｒ ａ ｉ ｇ ｗａ ｅ ｓｇ ｖ ｎ ｂ ｄ ｉ ｇ ｔ ｅ ｓ ｃ ｎ ｒ ｅ ｄ ｙ ｖ ｓ ｏ ｉ ｙ ｂ ｅ ｋ ｎ ｒ ｐ ｒｙ ｔ ｅｍ ｔｅ ｔ ｌ ｃ ｍｏ ｅ ｒｂ ｅ ｋ ｎ ｖ ｓ ｆ ｗａ ｉ ｅ ｙａ ｄ ｎ ｈ ｅ ｏ ｄ ｏ ｄ ｒ ｄ ｉｃ ｓ ｙ ｅ ｔ
关键 词：Ｂ ｕ ｓ ｅｑ方程 ；破 碎波 ；紊 动粘 性 ｏ ｓｉ ｓ ｎ 中图 分类号 ：Ｐ ３ ． ７ １２ ２ 文 献标 识码 ：Ａ 文章编 号 ： １ ０ —９ ２２ １）６ ０ ３ ．４ ０ １６ ３ （０ １０ ．６ ３０
Ｎｕ ｅ ｉａ ｏ ｅ ｆ ｒ ａ ｉ ｇｗａ ｅ ｒ ｐ ｇ ｔ ｇ ｏ ｅ ｕ ｍ ｅ ｇ ｄ ｍ ｒｃ ｌ ｍ ｄ ｌ ｅ ｋ ｎ ｖ ｓｐ ｏ ａ ａ ｉ ｖ ｒａ ｓ ｂ ｒ ｅ ｏ ｂ ｎ
6.8_波浪的浅水变形：波浪的破碎
Plunging
Collapsing
Surging
6.8 波浪浅水变形
三、近岸波浪的破碎
2、波浪破碎的形态 主要影响因素：深水波陡和近岸底坡
Spilling
Plunging
Collapsing
Surging
6.8 波浪浅水变形
三、近岸波浪的破碎
3、破碎波高和破碎水深的计算
规则波在浅水中发 生破碎时，破碎波高Hb 不破碎水深db的比值可 按图确定，在图上求得 丌同水深处的破碎波高 Hb，即为该水深的极限 波高。
6.8 波浪浅水变形
三、近岸波浪的破碎
3、破碎波高和破碎水深的计算 丌规则波条件下，只有大波发生破碎，破碎波高值是规
则波破碎波高值的0.88倍； 计算得到的浅水波高大于浅水极限波高时，应取极限波
高为设计波高。
6.8 波浪浅水变形
三、近岸波浪的破碎
1、波浪破碎现象和机制 波浪破碎现象：
波陡达到1/7的理论极限而 失稳破碎；前坡过余陡峭向前倾 倒发生破碎；波峰顶过于尖陡 （ 120° ） ， 波 浪 顶 部 发 生 破 碎 。 波浪破碎机制： ①波高增大，波长减小 → 波陡增大 ②波峰水深大于波谷，波峰传播速度大于波谷 → 波形前倾
《工程水文学》精品课程
《工程水文学》
Engineering Hydrology
冯卫兵 冯曦 谭亚 倪兴也等
港口海岸与近海工程学院
邮箱: wbfeng@
《工程水文学》精品课程
第六章 海浪
第六章 海浪
6.1 海浪要素和分类 6.2 风况基础知识 6.3 海浪观测 6.4 海浪要素的统计规律 6.5 海浪谱基础知识 6.6 波浪的浅水变形：水深变浅引起的波浪变形 6.7 波浪的浅水变形：波浪的折射 6.8 波浪的浅水变形：波浪的破碎 6.9 波浪的浅水变形：波浪的绕射和反射
关于波浪的一般基本问题
有关波浪的一些基本问题2007年04月目录1关于波浪的基本特征参数和名词解释 (1)1.1波浪的基本特征参数 (1)1.2有关波浪的名词解释 (2)2描述波浪运动的基本理论 (4)2.1艾利的微幅波理论 (4)2.2斯托克斯的有限振幅波 (8)2.3浅水非线性波 (13)3波浪统计特征和谱 (14)3.1波浪的统计特性 (14)3.2波谱的简要介绍 (17)4关于风浪计算的一些问题 (21)4.1一般介绍 (21)4.2几种参数化方法计算公式 (23)5波浪传播与变形 (26)5.1波浪浅水变形 (26)5.2波浪折射 (27)5.3波浪绕射 (28)5.4波浪传播变形综合计算 (29)5.5波浪破碎指标及破波波高 (29)5.5.1波浪破碎指标及破波波高 (30)5.5.2破波分类 (32)5.5.3波浪的增、减水和近岸流 (33)5.6波浪反射 (35)1 关于波浪的基本特征参数和名词解释波浪是海洋、湖泊等水域常见的一种自然现象。
波浪生成原因很多，风是波浪生成的重要因素，故有无风不起浪之说。
当然我们还见到无风时的浪，称之为涌浪，这也是由风引起，当风引起波浪传至风作用区域以外，被我们见到。
由于波浪是因风产生，那么波浪大小和风的几个参数如风速、风时、风距等密切相关，对于近岸水域还受水深影响。
小风速，作用时间短，作用距离短产生不了大浪。
有限风区的水域一般都是风产生的风成浪。
风成浪的特点是波周期短。
宽阔的水域就会有从远处产生的风浪传至近岸水域的涌浪。
波浪传播过程中长周期部分传播速度快，传播距离远，至我们观测处波周期长，故涌浪波周期长。
我国沿海观测到除了风浪外，纯涌浪不多，大多是既有风浪部分又有涌浪成分的混合浪。
混合浪的周期也比较长。
1.1 波浪的基本特征参数表示波浪特征的主要有波高、波长或周期和波向等参数：(),1H a x t L d T f f T c c L ηηη⎧⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎩⎧⎪⎪=⎨⎪⎪=⎩波 高——波谷底至波峰顶的垂直距离振 幅——波浪中心线至波峰顶的垂直距离空间尺度参数波 面——波面至静水面的垂直位移＝波 长——两个相邻波峰顶之间的水平距离水 深——静水面至海底的垂直距离。
波浪在浅水中运动及破碎的数值研究
波浪在浅水中运动及破碎的数值研究朋友们！今天咱们来聊一聊一个特别有趣的话题——波浪在浅水中的运动以及破碎的数值研究。
这事儿听起来可能有点专业、有点高深，但其实啊，它和我们的生活还挺息息相关的呢。
想象一下，你走在海边，那一波又一波的海浪滚滚而来。
当海浪靠近岸边，也就是进入浅水区的时候，它们就开始变得“不安分”起来。
原本平静有序的海浪，会出现各种各样奇妙的变化，有时候会突然高高涌起，然后“啪”的一声破碎开来，溅起一朵朵白色的水花，那场面是不是还挺壮观的？从科学的角度来说，波浪在浅水中的运动是一个复杂的过程。
浅水区的水深相对较浅，这就好比给波浪设置了一些“障碍”。
波浪在传播过程中，会受到海底地形、摩擦力等多种因素的影响。
就好比一个人在平地上跑步很顺畅，可一旦到了泥泞的地方，脚步就会变得沉重起来，波浪也是这个道理。
为了搞清楚波浪在浅水中到底是怎么运动和破碎的，科学家们就开始进行数值研究。
这数值研究啊，就像是给波浪装上了一个个“小监视器”，通过数学模型和计算机模拟，能够详细地观察到波浪在不同条件下的各种表现。
比如说，通过数值研究，我们可以知道波浪在接近浅水区时，它的波高、波长、波速等参数是怎么变化的。
这就好比我们知道了一个人的身高、体重、走路速度等信息，就能更好地了解他的状态一样。
而且，数值研究还能帮助我们预测波浪在什么情况下会破碎，破碎的强度有多大。
这对于沿海地区的人们来说可是非常重要的哦！比如在建造港口、码头的时候，就需要考虑波浪破碎可能带来的影响，这样才能设计出更加安全可靠的建筑。
再想象一下，如果没有这些数值研究，我们对波浪在浅水中的运动和破碎一无所知。
那当一场大风暴来临时，海浪汹涌澎湃，我们可能就没办法提前做好防范措施，沿海的居民和设施就会面临很大的风险。
不过啊，这数值研究也不是一件容易的事儿。
就像解一道超级复杂的数学题，需要考虑各种各样的因素，还要不断地调整和优化模型。
但是科学家们可没有轻易放弃，他们就像一群执着的探险家，不断地在这个神秘的“波浪世界”里探索前行。
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Ecn0 Ecni
Hi H0 c0 H 0ks 2cni
E—平均波能, c—波速； n— 波能传递率。
波浪进入浅水区后，波高会产生变化，这种变化称为浅水变形。
Hi ks H0
c0 2cni
ks—称为浅水变形系数。
Hi ks H0
c0 2cni
2h / L0 c L tanh kh tanh( ) c0 L0 L / L0
c sin i sin 0 c 0
sin 0 tanh kh
对于复杂地形海域通常采用图解方法绘制折射图， 也可用数值计算方法利用计算机求解和绘出折射图。
海 岸 动 力 学 2
第二章 波浪的传播变形和破碎
第一节、波浪在浅水中的变化
第二节、波浪在水流中的特性 第三节、波浪近底边界层和底摩阻引起的波浪衰减
第一节 波浪在浅水中的变化 风浪离开风区后继续传播，传播中由于弥散和能量 损失，其频率范围和能量不断变化，风浪逐渐转化为涌 浪，涌浪的频谱范围窄，波形接近于简谐波。 涌浪传到滨海区以后，受海底地形、地貌、水深变 浅、沿岸水流、港口及海岸建筑物等的影响，波浪产生 变形、折射、绕射、反射等；当波浪变陡或水深减少到 一定限度后，产生破碎。
k x k cos k cos
k y k sin k sin
2 2 12 k (k x ky ) k
波向沿x轴
波向与x轴交角为α
kx t
波面 传播方向沿x轴
kx cos ky sin t
H cos(kx t ) 2
t
k 0 (波浪守恒方程) t
波浪守恒方程的物理意义? 对于稳定的波场，波周期(T＝2π/σ)为常量，即不 随空间变化，即使水深有缓慢变化时，波周期也始终保 持恒量。
二、波能守恒和波浪浅水变形
在稳定波场中，若假定波浪在传播过程中波能是守恒的. 波 能只沿着波向传播，没有能量穿过波向线，因此，波浪正向行近 岸滩时，单位宽度内的波能流在传播中保持常数，即
k sin k cos 0 x y
若各变量沿y方向为恒 量，即岸滩具有平直且相 互平等的等深线时，上式 可化简为
d k sin 0 dx
斯奈尔 (Snell) 定律
sin const c
0 , c0
sin sin 0 c c0
深水处波向角和波速
( x, y, t ) a cos(kx cos ky sin t )
( x , y, t ) a cos
k x x k y y t k r t (相位函数)
k k cos i k sin j k x i k y j
波向与x轴交角为α
gH coshk z h sin( kx cos ky sin t ) 2 coshkh
u x
v y
w z
kx cos ky sin t
i j kxi k y j k x y
er cos i sin j ( x / r )i ( y / r ) j 2 2 r x y r xi y j
波向单位矢量
定义波数矢量 k k cos i k sin j
k k er
波向与x轴交角为α时波面 ( x , y , t ) a cos(k .r t )
1 2kh n 1 2 sinh( 2kh)
随着水深h的减小，波速c、波长L都逐渐减小，n却 逐渐增大。波高H在有限水深范围内随水深减小略有减 小，进入浅水区后，则随水深减小而迅速增大。波高在 有限水深范围内减小的原因与n值的增大有关。
三、波浪折射
gT c tanh( kh) 2
一、波浪守恒 波浪进入浅水区后，随着水深变化，其波速、波长、 波高和波向将发生变化，但是其波周期则始终保持不变。 波浪沿x方向传播其波面方程 ( x , t ) a cos(kx t ) 波向与x轴交角为α的波动，波面方程如何表示?
波浪沿x方向传播时波面方程
( x , t ) a cos(kx t ) 定义 r 与x轴交角为α(波向) r r er
波浪在浅水中的变化对港口海岸建筑物和近岸航道
设计等是重要的。在多数情况下，波浪是构成近岸泥
沙运动的主要原因，近岸泥沙运动影响着航道和港区
的淤积，造成岸滩的侵蚀变形。
波浪的浅水变形开始于波浪第一次“触底”的时候， 这时的水深约为波长的一半.随着水深的减小，波长和波速 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， 出现各种形式的波浪破碎。 此外，随着水深变浅，如果波向与海底等深线斜交， 波向也将发生变化，即所谓产生折射。
波向与x轴交角为α
H cos(kx cos ky sin t ) 2
波向沿x轴
波向与x轴交角为α
kx t
势函数 波向沿x轴
kx cos ky sin t
gH coshk z h sin( kx t ) 2 coshkh
cs gh
(浅水)
波浪斜向进入浅水区后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。
三、波浪折射
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1
折射引起的波向线变化
k 0
k y
k x 0 x y