近海工程 第二章 海岸及近海动力学问题

波浪破碎1
波浪破碎2
崩顶破碎（崩波）
波浪破碎3
卷跃破碎（卷波）
波浪破碎4
激散破碎（激波）
波浪破碎5
波浪破碎6
波浪 折射
波浪绕射 波浪在传播中遇到障碍物如防波堤、岛屿时，除可
能在障碍物前产生波浪反射外，还将绕过障碍物继续传 播，并在掩蔽区内发生波浪扩散，这种现象称为波浪绕 射。
波浪绕射是波浪从能量高 的区域向着能量低的区域进行 重新分布的过程。
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。
海岸线 潮上带 潮间带
高潮水位 低潮水位
本章内容结构体系
浅海动力因素 海岸泥沙运动 河口海岸演变 与动力相适应的平衡岸滩
海岸建筑物 改变岸滩边界条件
概述 浅海的动态环境特征
要在浅海中形成人工的“工作面”，动态环境就成为海岸及 近海工程“改造”的对象与目标。
浅海动态环境的突出特征：
1、动力因素的分布与变化 2、海岸泥沙运动
近岸浪
（coastal waves ）
风场中风直接作用下形成和传播的波浪
离开风场继续传播的波浪 由外海的风浪或涌浪传到海岸附近， 受地形作用而改变波动性质的海浪
c、波浪运动
椭圆运动
波峰
圆周运动 （D.Elsom，1992）
波破碎
波浪变形
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。
风场玫瑰图
g.工程上使用风场资料时统一按离海（地）面10m高处的风速W10(m/s）计
量。
Kz：风速换算系数 Hz:测站的量测高度（m)
h.风与其它动力因素关系密切。风场常形成波浪、风暴潮和风海流，也是流 冰的重要动力。
二、波浪作用（Wave Action)
波浪的作用（Wave Action)
波浪为浅海动力因素中最重要、最复杂的因素，也是影响海岸 演变、海岸工程稳定的最主要动力因素和关系近海工程成败的决 定性因素。
b. 海上平均风速：4~8m/s（陆上为2~4m/s ）。
c. 海上秋冬风大、夏季小；陆上春季风大、夏秋小。
台风是海岸及近海 工程标准的控制性 因素
台风等级采 用国际标准
d. 台风是热带海洋上形成的强烈性气旋风暴，是沿海地区的 重大灾害性天气之一。
台风标准
我国标准
国际标准
名称 热带风压
中心附近最大风 力（级）
第二章 海岸及近海动力学问题 （ ） Coast and Offshore Dynamics Problems
海岸是海边水、陆的交界线。
在海边的海、陆相互作用构成一 个带，称作“海岸带”。
海岸带的概念
近海
近岸
后滨
海滩
前滨
海岸
海岸线
浪蚀崖
内
通常人们把海平面升到最高处（高潮水位） 时与陆地的交线，叫做“海岸线”。
绕射区同一波峰线上的波高 不同，愈深入掩蔽区内波高愈 小，但其波周期则保持不变。
波浪绕射
三、潮汐与潮流作用
四、海流（Sea Current）
近岸流
沿岸流
底流与裂流
五、海平面变动
六、海蚀作用与海蚀地貌
冲蚀
海蚀 作用
磨蚀
溶蚀
海蚀地貌 海蚀平台
海蚀地貌 海蚀穴（洞）
海蚀地貌 海蚀拱
海蚀地貌 海蚀柱
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。
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。
岩岸地形示意圖
岩岸地形示意图
第二节 海岸泥沙运动
沙粒随入射波浪向前跃进情形之意图。 摘自Stowe, K. (1995) "Exploring Ocean Science", 2th ed.。
பைடு நூலகம்6～7
风速（m/s) 10.8～17.2
名称
风力（级）
热带低压
<8
台风
8～11
17.2～32.7
热带风暴 强热带风暴
8～9 10～11
强台风
≥12
≥32.7
台风
≥12
一、风场（Wind Field)
基本特 征
e. 台风和寒潮等能形成最大风速≥ 8级（17 m/s）的大风。
f. 年大风日数是风场的重要指标。
浅海波浪主要是指由风场形成的、周期较短的海浪。
风浪
浅 （stormy waves）
海
涌浪
波 浪
（surge ）
近岸浪
（coastal waves ）
风场中风直接作用下形成和传播的波浪
离开风场继续传播的波浪 由外海的风浪或涌浪传到海岸附近， 受地形作用而改变波动性质的海浪
a. 波浪及其要素
波型（Wave Pattern) 波周期（Wave Period)
波峰
波底
b.重力波理论（the Gravity Wave Theory )
海浪属于重力波
重力波：在外力和重力作用下的周期性水面运动的波。它的周 期为1～30s。其主要干扰力是风，重力是它的恢复力。
浅海波浪主要是指由风场形成的、周期较短的海浪。
风浪
浅 （stormy waves）
海
涌浪
波 浪
（surge ）
资料获取方式： 1、海岸带近岸---设置“固定海 洋水文站”； 2、离岸远的大陆架海域---通过 理论推算、数值模拟或利用室 内试验获得预测间接的资料。
3、河口、海岸演变
第一节 浅海动力因素
风场
浅
波浪
海
动
潮汐
力
因
海流
素
冰凌
一、风场（Wind Field)
基本特 征
a. 海岸带及大陆架风场特征：季风是盛行风场；我国沿海春、 夏多偏南风，而秋冬多偏北风。
破碎波类型
波浪破碎的形态是多种多样的，主要取决于深水中的波陡和近 岸水底的坡度，大致可分为三种类型：
1)“崩波”型破碎波：波峰开始出现白色浪花，逐渐向 波浪的前沿扩大而崩碎的波型，波的形态前后比较对称。 2)“卷波”型破碎波：波的前沿不断变陡，最后波峰向 前大量覆盖，形成向前方飞溅破碎。卷入。 3)“激散波”型破碎波：波的前沿逐渐变陡，在行进途 中从下部开始破碎，波浪前面大部分呈非常杂乱的状态， 并沿斜坡上爬。