海岸动力学 严以新 习题
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第一章
1.1 建立简单波浪理论时,一般作了哪些假设?
1.2 试写出波浪运动基本方程和定解条件,并说明其意义。
1.3 试写出微幅波理论的基本方程和定解条件,并说明其意义及求解方法。
1.4 线性波的势函数为
()[]()()t kx kh z h k gh σσφ-+=
sin cosh cosh 2
证明上式也可写为
()[]()()t kx kh z h k Hc σφ-+=sin sinh cosh 2 1.5 由线性波的势函数证明水质点轨迹速度
()[]()()t kx kh z h k T
H u σπ-+=
cos sinh cosh ()[]()()
t kx kh z h k T H σπω-+=
sin sinh sinh
并绘出相位()t kx σ-=0~2π时自由表面处的质点轨迹速度变化曲线以及相位等于0,π/2,π,3π/2和2π时质点轨迹速度沿水深分布。
1.6 试根据弥散方程,编制一已知周期T 和水深h 计算波长、波数和波速的程序,并计算出T =9s ,h 分别为25m 和15m 处的波长和波速。
1.7 证明只有水深无限深时,水质点运动轨迹才是圆。
1.8 证明线性波单位水柱体内的平均势能和动能为2
161gH ρ。
1.9 在水深为20m 处,波高H =1m ,周期T =5s ,用线性波理论计算深度z =–2m 、–5m 、–10m 处水质点轨迹直径。
1.10 在水深为10m 处,波高H =1m ,周期T =6s ,用线性波理论计算深度z =–2m 、–5m 、–10m 处水质点轨迹直径。
1.1在某水深处的海底设置压力式波高仪,测得周期T =5s ,最大压力2max /85250m N p =(包括静水压力,但不包括大气压力),最小压力2min /76250m N p =,问当地水深、波高是多少?
1.12 若波浪由深水正向传到岸边,深水波高m H 20=,周期s T 10=,问传到lkm 长的海岸上的波浪能量(以功率计)有多少?设波浪在传播中不损失能量。
1.13 在水深为5m 处,波高m H 1=,周期s T 8=,试绘出二阶斯托克斯波与线性波
的波剖面曲线及近底水质点速度变化曲线并比较之。
1.14 如果二阶斯托克斯波η的附加项(非线性项)的振幅小于线性项的5%时,可以略去附加项而应用线性波理论,问在深水处应用线性波理论的最大允许波陡是多大?在相对水深h /L =0.2处应用线性波理论的最大允许波陡又是多大。
1.15 在水深为5m 处,m H 1=,s T 8=,试计算斯托克斯质量输移速度沿水深的分布并计算单位长度波峰线上的质量输移流量。
1.16 试述波浪频谱和波浪方向谱的意义。
1.17 已知一波浪系列的有效波高s H 为4.7m ,有效波周期为4.7s ,问该波列的平均波高是多少?大于6m 的波高出现的机率是多少?
第二章
2.1 试述波浪守恒和波能守恒的意义?何谓波浪浅水变形?
2.2 何谓波浪折射?斯奈尔折射定律意义何在?
2.3 若深水波高厅s H = lm ,周期T = 5s ,深水波向角0045=α,等深线全部平行,
波浪在传播中不损失能量,计算在水深h = 10m 、5m 、2m 处的波高(用线性波理论)。
2.4 上题中求水深h = 10rn 、5m 、2m 处底部水质点轨迹速度的最大值及床面剪切应力的最大值,假定床面平坦,泥沙粒径D =0.01mm 。
2.5 若深水波高厅m H 10=,周期T = 10s ,等深线全部平行,波浪正向入射,波浪在传播中不损失能量,分别用线性波理论及考虑非线性影响(用岩垣公式)求水深h = 2m 处的波高。
2,6 若波浪由深水正向传到浅水,深水波高为0H ,周期为T ,海床底坡为m ,波浪没有折射,但必须考虑底部摩阻损失,已知摩阻系数为w f ,试编制一计算浅水中任一点的波高的程序。
2.7 当波浪斜向进入浅水区时,若海底等深线平行,证明:两相邻波向线在任意水深处所截的等深线段为常数,由此证明任意点的折射系数
ααcos cos 0
=r k
其中0α为深水波向角,α为该点的波向角。
2.8 在深水中,1s 、5s 、10s 周期的波浪不破碎可能达到的最大波高是多大?在水深为10m 处及水深为lm 处可能达到的最大波高各为多大?设海滩坡度极为平缓。
2.9 若海滩波度为1/20,深水波高厅m H 10=,周期T = 5s ,等深线完全平行,求波浪正向入射时,波浪在海滩上破碎时的破波水深及破波高。
2.10 上题若波浪斜向入射,深水波向角0α=450,求破波水深及破波高。
2.11 一个波流共存场,已知水深h = 20m ,无流时的波周期s T s 10=,波高m H s 2=,波浪传播方向与水流方向夹角为1500,试求出波流共存时的波长、波速和波高。
第三章
3.1 近岸流方程是如何得到的?简述方程中各项的物理意义。
3.2 简述辐射应力在浅水区和破波带的变化规律。
3.3 波浪增减水是如何发生的?
3.4 波浪斜向入射平直海滩时沿岸流的生成机理是什么?
3.5 假定波浪斜向入射平直海岸,等深线相互平行,深水波角为0α,深水波高为0H ,试根据能量守恒和Snell 定律导出破波带外平均水位()x η的表达式。
3.6 波浪斜向入射平直海岸,等深线相互平行,试证明破波带外从深水到浅水xy S 沿
程不变。
3.7 若等深线平行,深水波高m H 20=,周期s T 8=,深水波角0α=300,海滩坡度m = 1/30,问碎波带内平均沿岸流流速有多大? 3.8 上题若取()35.01=-=
f C m K N P γπ,摩阻系数01.0=f C ,若考虑侧向混合影响,计算沿岸流流速在海滩横断面上的分布。
3.9 假定海滩坡度均匀一致,岸线平直,波浪正向入射,沿岸方向波高不等,破波高度的沿岸梯度y H b
∂∂为已知。垂直于岸线的流速可忽略不计,不考虑侧向掺混。试根据沿岸流控制方程,导出沿岸流速度表达式。
第四章
4.1 平衡潮理论和实际潮汐的差异是由哪些因素造成的/
4.2 简述地球自转对外海潮流的影响。
4.3 简述自转力对河口潮汐和潮流的影响。
4.4 潮波进入河口后会发生哪些变化?
4.5 简述潮波在大陆架的传播特征。
4.6 无潮点是如何形成的?
4.7 半封闭狭长海湾发生共振的条件是什么?如湾口开边界处外海潮波周期为 12.4h ,海湾水深为50m ,那么海湾长度为多大时会发生共振?简述共振时海湾内水面变化特征。