海岸动力学
1-1
第一章波浪理论
第一节、概述
第二节、微幅波理论
第三节、有限振幅斯托克斯波理论第四节、浅水非线性波理论
第五节、各种波理论的适用范围第六节、随机波理论简介
第一节概述
一、海洋波动概念和波浪分类
1、按波浪所受的干扰力和周期分类
第一节概
述
一、海洋波动概念和波浪分类
表面张力波: 其波长小于1.7cm ，最大波高为1至2mm 重力波: 周期1～30s 的波浪，其主要干扰力是风，
重力是它的恢复力。
长周期波: 风暴潮；海啸。
潮波: 其周期最长。
1、按波浪所受的干扰力和周期分类
2、按波浪形态分类
规则波:离开风区后自由传播时的涌浪接近于规则波。
不规则波:大洋中的风浪。
3、按波浪传播海域的水深分类
深水波: h/L≥0.5
有限水深波0.5＞h/L＞0.05。
浅水波h/L≤0.05
其中h为水深，L为波长,
4、按波浪运动状态分类
振荡波(推进波, 立波)
推移波
5、按波浪破碎与否分类
破碎波，未破碎波和破后波
此外根据波浪运动的运动学和动力学处理方法，还可以把波浪分为微小振幅波(线性波)和有限振幅波(非线性波)两大类。。
二、波浪运动的描述方法和控制方程
1、波浪运动的描述方法
欧拉法:亦称局部法，它是以空间某一固定点为研究
对象，研究任一质点流过固定点的运动特性欧氏法研究的是某一流场的变化，它能给出某一固定时刻空间各点的速度大小和方向，亦即给出流线(Stream line)。
拉格朗日法:亦称全面法，它以空间某一质点为研究对象，研究该质点相对于初始条件的各个不同时间的位置、速度和加速度等。拉氏法研究的是某一质点的位置变化，即质点运动轨迹或称迹线 (Path line).
描述规则波浪运动的理论
微幅波理论( Airy ,1845)
有限振幅波理论
( Stokes,1847)
椭圆余弦波理论
非线性波孤立波
2、 波浪运动控制方程和定解条件
沿正x方向以波速c向前传播的二维运动的自由振荡推进波，x轴位于静水面上，z轴竖直向上为正。波浪在xz平面内运动。
简单波理论假设：
流体是均质和不可压缩的；
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；
波浪属于平面运动，即在xz平面内作二维运动。
势波的水质点的水平分速u 和垂直分速w 可由速度势函数导出
k
w i u V +=k z i x V ??+??=?=???x
u ??=φz w ??=φ不可压缩流体连续方程0=??+??z w x u 02222=??+??z x φφ02
=?φ或记作x u ??=φz w ??=φ势波运动的控制方程
定解条件
1) 在海底表面，水质点垂直速度应为零，即 0=-=h z w ,0=??z
φz= -h 2)在波面z=η处，应满足两个边界条件.
动力边界条件: 由假设自由水面压力为常数并令p=0，根据伯诺里方程有,
2122=+???
???????? ????+??? ????+??==ηφφφ
ηηg z x t z z 非线性项
自由水面运动学边界条件为
ηφφηη==??-????+??z z
x x t ,0非线性
项3) 波场上、下两端面边界条件
)
,(),,(z ct x t z x -=φφ
2=?φ波动定解问题
,0=??z
φz=-h 02122=+??????????? ????+??? ????+??==ηφφφ
ηηg z x t z z ηφφηη==??-????+??z z
x x t ,0),(),,(z ct x t z x -=φφx u ??=φz
w ??=φφ??????????? ????+??? ????-??--=2221z x t gz p φφρφρρp (压力场)
(流速场)
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η在边界上的值是未知的，即边界条件不是确定的。
要求得上述波动方程的边值解，最简单的方法是先将边界条件线性化，将问题化为线性问题求解。
第二节微幅波理论
一、微幅波控制方程和定解条件
波动问题线性化
假设波动的振幅a 远小于波长L 或水深h ，
微幅波理论。首先由艾利1845年提出，
艾利波理论。非线性项与线性项之比是小量，可略去，
线性波理论。0,0==+??z g t
ηφ0,0==??-??z t z ηφ0,1=??-=z t g φηηφφηη==??-????+??z z x x t ,002122=+??????????? ????+??? ????+??==ηφφφηηg z x t z z 0,022
==??+??z z g t φφ
0,0==+??z g t
ηφ0,0==??-??z t z ηφ0,1=??-=z t
g φηηφφηη==??-????+??z z
x x t ,002122=+??????????? ????+??? ????+??==ηφφφ
ηηg z x t z z 0,022==??+??z z
g t φφ
波浪要素与流场测量实验指导 波浪要素的测量 一、试验时间： 二、实验地点：长沙理工大学水利实验中心实验大厅 三、实验人员： 四、实验仪器设备：水槽、造波机、防波堤模型、浪高仪、数据采集仪、秒表、米尺、照相机。 五、实验要求： 1、了解认知风浪槽结构，如图一所示，实验风浪水槽为40m（长）X 1m（高）X0.8m（宽），实际有效长度为37m。 图一 实验布置图 2、了解掌握风浪槽各个结构作用及操作流程 造波机：造波机在风浪的最前端，是制造波况的主要设备。按照设计要求可以制造规则波、椭圆波、不规则波、破碎波、孤立波、聚焦波。波况参数设置有：周期、波高、水深等等参数。 操作流程：严格按照造波机的开关机程序说明来执行。 效能网：在离造波机最远的地方，作用是减少多次反射。
3、了解测量仪器和采集仪器，并熟悉数据测量和采集 浪高仪：浪高仪为加拿大Richard Branker Research 公司生产的WG—50型。测量每个时刻波高的变化趋势：波高和周期。 采集系统：采集系统是武汉优泰软件有限公司生产的utelk采集系统T3232f以及北京东方振动和噪声研究所制造的INV306智能信号分析系统。 数据采集：浪高仪根据生产厂商的率定，导线与电源盒需要一一的对应连接，并且检查信号通信质量。浪高仪信号经过utelk采集系统转化为软件所能认识的信号，在电脑端进行采集。utelk采集系统设定根据实验数据需要进行设定，主要设定参数有：时间函数、通道标识、采集通道数、设备，描述、报警值、细化、频谱参数、分析频率、平均与谱线数、工程单位、校正因子、采集控制、频响函数、抗混滤波、程控放大、触发参数等等。 4、数据分析 熟练掌握实验所测电压值转化为工程值方法及步骤（浪高已经经过率定：20mv电压值对应1mm水深工程值），提高对数据的真伪判别能力。 学会根据两点法分离计算入射波与反射波波高。两点分离法的理论基础：见附页。 为了简捷，选择吴宋仁教授主编的《海岸动力学》p51方法。假设反射波是稳定，由于反射波具有和入射波相同的波长和周期，故在离模型x=n*L/2,n=0,1,2,3……,处出现最大波高Hmax=Hi+Hrf，在x=（2n-1）*L/4处出现最小波高：Hmin=Hi-Hrf。其中Hi为入射波，Hrf为反射波，反射系数为 Krf=Hrf/Hi。 根据计算转化的工程值，图表及文字分析水力要素随波况变化的趋势，主要是反射系数随波高、波周期、波长、水深等要素的变化趋势。 5、上交实验报告及数据分析结果。 6、培养动手能力，提高对实验的兴趣。
【名词解释】 （15题×2分=30分） 第2章 1.海浪：风作用于海面产生的风浪 2.涌浪：风平息后海面上仍然存在的波浪或风浪移动到风区以外的波浪。 3.规则波不规则波/随机波浪:规则波波形规则，具有明显的波峰波谷，二维 性质显著。不规则波波形杂乱，波高，波周期和波浪传播方向不定，空间上具有明显三维性质。 4.混合浪：风浪和涌浪叠加形成的波浪 5.深水波，浅水波，有限水深波:深水波h/L大于1/2、浅水波h/L小于1/20、 其之间的称为有限水深波 6.振荡波：波动中水质点围绕其静止位置沿着某种固有轨迹作周期性的来会往 复运动，质点经过一个周期后没有明显的向前推移的波浪。 7.推进波:振荡波中若其波剖面对某一参考点作水平运动，波形不断向前推移 的波浪。 8.立波:振荡波中若波剖面无水平运动，波形不再推进，只有上下振荡的波浪。 9.推移波:波动中水质点只朝波浪传播方向运动，在任一时刻的任一断面上， 沿水深的各质点具有几乎相同的速度的波浪。 10.振幅：波浪中心至波峰顶的垂直距离；波高：波谷底至波峰顶的垂直距离 11.波长：两个相邻波峰顶之间的水平距离 12.波周期：波浪推进一个波长距离所需要的时间 13.波速、波数、波频等概念。 14.波的色散现象：不同波长（或周期）的波以不同速度进行传播最后导致波的 分离的现象 15.波能流:波浪在传播过程中通过单宽波峰线长度的平均的能量传递率 16.波能：波浪在传播过程中单宽波峰线长度一个波长范围内的平均总波能 17.波群：波浪叠加后反映出来的总体现象 18.波频谱（频谱）波能密度相对于组成波频率的分布函数 19.驻波:当两个波向相反，波高、周期相等的行进波相遇时，形成驻波。 20.孤立波：波峰尖陡、波谷平坦、波长无限大的波。 第3章 1.摩阻损失：海底床面对于波浪水流的摩阻力引起的能量损失； 2.浅水变形：当波浪传播至水深约为波长的一半时，波浪向岸传播时，随着水 深的减小，波长和波速逐渐减小，波高逐渐增大，此现象即为浅水变形； 3.波浪守恒：规则波在传播中随着水深变化，波速，波长，波高和波向都将发 生变化，但是波周期则始终保持不变。 4.波浪折射：当波浪传播进入浅水区时，如果波向线与等深线不垂直而成一偏 角，将发生波向线逐渐偏转，趋向于与等深线和岸线垂直的现象； 5.辐聚：在海岬岬角处，波向线将集中；辐散：在海湾里，波向线将分散； 6.波浪的绕射：波浪在传播中遇到障碍物如防波堤、岛屿或大型墩柱时，绕过 障碍物继续传播，这种现象称为波浪绕射； 7.绕射系数：绕射区内任一点波高与入射波高之比； 8.破波带：波浪破碎点至岸边这一地带称为破波带。 9.崩破波，激破波，卷破波（P78）
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：
填空 1波浪按波浪形态分为规则波和不规则波。大洋中的风浪是不规则波或随机波；离开风区后自由传播的的涌浪可视为规则波。 2波浪按传播海域的水深分为深水波、有限水深波和浅水波。分别将h/L =1/2和h/L =1/20作为它们之间的界限。 3波浪非线性的程度取决于波高、波长、水深的相互关系，在深水中影响最大的特征比值是波陡，在浅水中影响最大的是相对波高。 4波长较短的风浪进入水流较大的水域，或骑在波长较长的涌浪或潮波之上时，其波长、波速、波高及波向均将发生变化，而波周期保持不变。 5对波群速度与波速的关系而言，浅水波的波群速度为 C g =C s = gh ，深水波的波群速度为C g =12C 0。 6一般把h/L <1/20的波浪称为浅水波，其群速为C g =C = gh 7斯托克斯波的水质点运动轨迹不封闭，运动一个周期后有一净水平位移，造成一种水平流动，称为漂流或质量输移；造成泥沙净输运。 8近岸水流速度的垂向分布，可采用对数分布或指数分布两种形式。垂向水流结构的分层描述中常采用Boussinesq 假定。 9重力波周期的范围在1至30秒之间，周期为200秒的是低频波，潮波的周期大于 12小时 。 10海岸线是指 陆地与海水的边界线。从海岸动力学的角度，海岸带的范围是从波浪所能作用的海底，向陆延至暴风浪所能达到的上界。 12当两列波向相反，波高、周期相等的行进波相遇时，形成驻波。驻波的动能是入射行进波的2倍。 13非线性的有限振幅波理论主要有斯托克斯波理论、椭余波理论、孤立波理论等。 14一般认为，波浪破碎的运动学条件是波峰处水质点运动速度大于波峰相速度；动力学条件是质点离心力大于约束力重力，出现溢出现象。 15引潮力主要包括月球和太阳对地球上海水的引力，以及地球与月球绕其公共质心旋转产生的惯性离心力。 16辐射应力向岸的分量xx S 梯度驱动产生波浪增减水，xy S 梯度驱动产生沿岸流，yy S 梯度驱动 产生裂流和近岸环流。 17海洋潮波运动包括海面周期性升降,称为潮汐，和海水周期性流动称为潮流。 18沙质海岸的短期演变主要是指海岸横剖面在波浪和水流作用下的季节性冲淤变化。沙质海岸的典型剖面形式为沙坝剖面和滩肩剖面，也称为风暴陪面和常浪剖面。 19淤泥质海岸的地形变化与沙质海岸的变化有所不同，其主要特征往往是在动力较强的地方发生冲刷，在动力较弱的地方发生淤积。 20一列简单波浪进入浅水区后，在传播中随水深变化，其波速、波长、波高和波向都将发生变化，但是其波周期则始终保持不变，波浪这一性质为分析它从深水传播到浅水的变化提供方便。 21沿岸输沙是波浪和波生流共同作用引起的纵向泥沙运动，主要发生在破波带内，其机理是波浪掀沙和沿岸流输沙；沿岸流量最大输沙率出现在破波线和沿岸流速最大值之间。 22辐射应力可定义为波浪运动引起的剩余动量流。 23沿岸沙坝和滩肩是沙质海岸剖面形态的重要特性构造。卷破波是形成沿岸沙坝的主要原因。 24近岸流包括 向岸流 、沿岸流 和 离岸流 25海岸可分为 沙质 海岸和 淤泥质 海岸
海岸动力学考试复习大纲 一、考试类型：闭卷 二、考试题型 包括 1、名词解释 2、证明或推导题 3、问答题 4、计算题 三、复习考试时间 十七、十八周 四、期末考试所占分数（60%） 五、考试范围 1、名词解释 小振幅波理论深水波及浅水波、波能流辐射应力有效波高能谱方向谱 波浪守恒波能守恒波浪浅水变形波浪折射 波浪增水减水、边缘波、低频波浪、海岸垂向环流 港湾共振开尔文波潮流椭圆无潮点 载沙量体积输沙率平衡输沙、不平衡输沙 2、证明推导 P61-62页，2.4、2.5、2.7题 1）根据波能守恒推导浅水系数
2）根据有限水深极限波陡的表达式推导浅水波浪破碎的判别指标3）试推导河口潮汐的格林定律 4）证明平直海岸破波带外沿岸流速为0 5）p82, 3-7题。5-5题 3、问答题 2-2题； 1）、试利用小振幅波理论解释水质点运动的特征 2）、有限斯托克斯波的主要特征 3）、试解释动水压力在不同水深（浅水、深水、有限水深）的分布特征 4）、试解释深水波与浅水波的差异（波浪要素、水质点速度及轨迹、压力）？ 5）、何谓波浪破碎？有什么判别准则？波浪破碎的特点是什么？6)、简述辐射应力在碎波带内外的变化规律 7）、简述近岸流方程中各项的意义 8）、简述波浪增减水在碎波带内外的变化规律 9）、简述沿岸流在碎波带内的分布特征 10）、请利用简化的潮波理论，阐述地形、径流对一个喇叭形状的、水深由口外向河口湾顶端逐渐减少的河口湾潮汐的影响 教材4.2~4.4题 5.3 -5.4 题，7-1~7-4题，7-7~7-8题
4、计算题 1）掌握深水、浅水波的判别方法，计算深水波和浅水波的波长、波速 2）计算水质点的最大速度、水质点轨迹直径及近底层最大速度 3）计算波能、波动压力 4）掌握波浪浅水系数、折射系数的计算，计算给定水深的波高，判断波浪是否破碎 5）掌握正向入射波浪辐射应力的计算公式及掌握波浪最大减水公式及增水公式，计算给定波浪的增减水 6）掌握沿岸流的计算，如 若等深线平行，深水波高m H 20=，周期s T 8=，深水波向角 300=α，不考虑海滩坡度的影响，请计算并判断5m 水深处波浪是否破碎？1.0m 水深处呢？计算碎波带内平均沿岸流流速。（如b b m b l u v ααcos sin 7.2=） 7）掌握水流强度参数及希尔兹参数的计算公式，泥沙起动的一种判别方式，并判别给定波浪、水深，其泥沙是否被起动？ 8）均匀平直的海岸等深线，深海入射波高2 m ，周期5 sec ，波浪入射角为?15，碎波线处入射角为?5，试求一日的沿岸输沙量。（()b b b g a y EC Q θθα=cos sin 取 06.0=αa ） 9）综合：从波长~波高~水质点速度、轨迹~泥沙起动（沿岸流、沿岸输沙等）
中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 海岸动力学是土木工程专业的一门专业选修课，课程主要使学生认识与掌握海岸动力因素的基本理论和海岸泥沙运动的基本规律及其岸滩演变，使学生在港口选址、港口与航道工程的平面布置，港口与航道的回淤分析及海岸工程的环境影响等方面有一定的基础知识，为学习水运工程规划、港口工程和海岸工程等专业课程以及今后从事科学研究打下基础。 Coastal dynamics is a professional elective course for civil engineering majors. The course mainly enables students to understand and master the basic theory of coastal dynamic factors and the basic laws of coastal sediment movement and its beach evolution, so as to enable students to have certain basic knowledge in port site selection, plane layout of port and waterway engineering, siltation analysis of port and waterway, and environmental impact of coastal engineering It will lay a foundation for the study of water transportation engineering planning, port engineering and coastal engineering and scientific research in the future. 2.设计思路： 本课程以海岸动力学基本理论为主线，结合实验室实践的方式，使同学们将掌握 - 4 -
国家自然科学基金申请代码 E.工程与材料科学部 E01金属材料 E0101 金属结构材料 E010101 新型金属结构材料 E010102 钢铁和有色合金结构材料 E0102? 金属基复合材料 E010201 纤维、颗粒增强金属基复合材料 E010202 新型金属基复合材料 E0103? 金属非晶态、准晶和纳米晶材料 E010301 非晶态金属材料 E010302 纳米晶金属材料 E010303 新型亚稳金属材料 E0104? 极端条件下使用的金属材料 E0105 金属功能材料 E010501 金属磁性材料 E010502? 金属智能材料 E010503? 新型金属功能材料 E0106金属材料的合金相、相变及合金设计 E010601 金属材料的合金相图 E010602 金属材料的合金相变 E010603 金属材料的合金设计 E0107 金属材料的微观结构 E010701 金属的晶体结构与缺陷及其表征方法 E010702 金属材料的界面问题 E0108 金属材料的力学行为
E010801? 金属材料的形变与损伤 E010802? 金属材料的疲劳与断裂 E010803 金属材料的强化与韧化 E0109 金属材料的凝固与结晶学 E010901? 金属的非平衡凝固与结晶 E010902? 金属的凝固行为与结晶理论E0110 金属材料表面科学与工程 E011001? 金属材料表面的组织、结构与性能 E011002? 金属材料表面改性及涂层 E0111 金属材料的腐蚀与防护 E011101? 金属常温腐蚀与防护 E011102? 金属高温腐蚀与防护 E0112 金属材料的磨损与磨蚀 E011201? 金属材料的摩擦磨损 E011202? 金属材料的磨蚀 E0113 金属材料的制备科学与跨学科应用基础 E02无机非金属材料 E0201人工晶体 E0202玻璃材料 E020201 特种玻璃材料 E020202 传统玻璃材料 E0203结构陶瓷 E020301 先进结构陶瓷 E020302 陶瓷基复合材料 E0204功能陶瓷 E020401 精细功能陶瓷 E020402 压电与铁电陶瓷材料 E020403 生物陶瓷与生物材料
第一章 1.▲按波浪形态可分为规则波和不规则波。 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σ=2π/T②波数k=2π/L③波陡δ=H/L④相对水深h/L或kh 7.(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-σt)*H/2②弥散方程：σ2=gktanh(kh)③弥散方程推得的几个等价关系式：L=tanh(kh)*gT2/(2π),c=tanh(kh)*gT/(2π),c2=tanh(kh)*g/k 10.★弥散（色散）现象：水深给定时，波周期愈长，波长愈长，波速愈大，这样使不同波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。 13.波浪压力p z=-ρgz+ρgHcosh[k(z+h)]/[2cosh(kh)]，等号右边第1项为静水压力部分，其值始终为正值，第二项为动水压力部分。此公式值在波峰时为最大，波谷时为最小。 14.一个波长范围内，单宽波峰线长度的平均总波能：=E/L=ρgH2/8，单位为J/m2 15.★波能流：波浪传播过程有能量传递，通过单宽波峰线长度的平均能量传递率称波能流。 16.★辐射应力：作用在垂直于底面的单位水柱体四个侧面上的由于动量交换而产生的应力的时均值，单位是N/m。 17.描述波系大小有两种方法：①对波高、周期等进行统计分析，采用有某种统计特征值的波作为代表波的特征波法；②谱表示法。
高等学校实验教材 海岸动力学》实验指示书重庆交通大学河海学院
二00 六年十二月 目录 、八、- 丄前言................................................................. 1.. 实验一波浪三要素测试实验............................................. 2.. 实验二波浪传质速度实验............................................... 7.. 实验三波浪传播浅水变形实验....................................................................... 1.. 0 实验四波浪作用下的泥沙运动实验....................................................................... 1.. 4 实验五不规则波谱分析实验....................................................................... 1.. 8 实验六岸滩演变演示实验....................................................................... 2.. 1 实验七波浪与水流相互作用特性实验....................................................................... 2.. 4 参考文献....................................................................... 2.. 8..
海岸动力学 第一章 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：基岩海岸，砂质海岸，淤泥质海岸，生物海岸（包括红树林海岸和珊瑚礁海岸）。 3.海岸的组成部分：海滩，滩肩，后滩，前滩，外滩，离岸区，溅浪带，破波带，近岸区，海岸带（图见p5） 4.淤泥质海岸由陆到海：潮上带，潮间带，潮下带。 5.海岸地貌特征：海岸地貌是由波浪、潮汐、海流、风和生物等作用，在地壳运动，构造岩性等因素影响下的海岸水底地表形态。 6.海岸地貌的平面形态：沙嘴，连岛沙洲，泻湖，岬角，韵律海岸，沙脊，障壁岛，淤泥海岸地貌 7.淤泥海岸地貌：侵蚀地貌：潮水沟，潮汐通道 淤积地貌：潮汐三角洲，潮间浅滩，湿地（然后成为海积平原）8.海岸动力因素：波浪的作用，海岸波生流，潮流的作用，径流的作用，海流的作用，风暴潮和海啸，风的作用，海平面上升。 9.本节课的研究方法：1）理论分析方法2）实验室试验方法3）数学模型4）现场调查研究（P25优缺点要会编） 第二章 10.波浪的分类 按波浪形态分类：规则波（涌浪），不规则波（风浪和混合浪） 按波浪传播海域的水深分类：深水波，h/L=1/2，有限水深，h/L=1/20，浅水波 按波浪运动状态分类：振荡波（立波），推进波（推移波） 按波浪破碎与否分冷：破碎波，未破波，破后波 根据波浪运动的运动学和动力学处理方法：微幅波（线性波），有限振幅波（非线性波）
11.波浪运动的描述方法：微幅波理论，有限振幅波理论，椭圆余弦波理论，流函数波理论（p29） 12.波浪运动控制方程：拉普拉斯方程（实质不可压缩流体的连续性方程） 定解条件：1）海底表面设为固壁，因此水质点垂直速度应为零。 2）在波面z=-η处应满足动力学边界条件和运动学边界 条件 3）流场左、右两端的边界条件可根据简单波动在空间和 时间上呈周期性来判断 13.微幅波的质点运动轨迹：封闭椭圆（水面处b=A，即为波浪的振幅；水底处 b=0，说明水质点沿水底只作水平运动） 14.弥散方程——计算P34 15.波能：E K=1/4ρgA2 E P=1/4ρgA2 E= E K + E P =1/2ρgA2 波能传播速度：c g=cn 16.波群：不同周期不同波高的许多波叠加在一起，不规则波 波群速度同波能传播速度：c g=cn 17.驻波的特点：1）存在腹点和节点 2）势能及动能均为行进波的两倍，总能量不变 18.斯托克斯波（p45） 19.浅水非线性波理论：椭圆余弦波，孤立波 习题：2-9,2-10,2-11,2-12,2-14 第三章 20.波浪的浅水损失：1）摩阻损失2）渗透损失3）泥面波阻力损失 21.波浪浅水变形：底摩阻引起波高损失 22.波浪折射：1）引起波向线变化2）引起波高变化
目录 试验1：波浪数据采集及波高统计试验 一、…………………………………………………………试验目的 二、…………………………………………………………试验要求 三、…………………………………………………………试验过程 四、…………………………………………………………数据处理 五、…………………………………………………………结果分析 六、…………………………………………………试验结论与感悟试验2：波压力量测试验 一、…………………………………………………………试验目的 二、…………………………………………………………试验要求 三、……………………………………………………试验水文要素 四、…………………………………………………………试验仪器 五、…………………………………………………………试验过程 六、…………………………………………………………数据处理 七、…………………………………………………………结果分析 八、…………………………………………………试验结论与感悟
试验一：波浪数据采集及波高统计试验 一、试验目的 了解波浪中规则波及不规则波的区别，波浪模型试验的一般方法，规则波波高、周期、不规则波波高的统计方法。 二、试验要求 1、规则波及不规则波的测量与特征值的统计。 2、明确实验目的。掌握实验原理。掌握基本仪器的使用，包括波浪数据采集系统和水槽造波机的使用方法。通过自己设计出不同波长、波高的规则及不规则波，参与造波及数据采集的全过程，了解波浪物理模型试验的最基本方法。正确处理实验数据，能通过处理采样数据文件统计各种累积频率波高，发现规律，得出实验结论。分析实验误差，提出减少误差的方法，分析误差的范围。 3、编写实验报告，要求报告能准确反映实验目的、方法、过程和结论。 三、试验过程 试验中共设置四根波高传感器，四个同学为一组，每人采用其中一根传感器的数据计算波高，规则波采样时间为20s，不规则波采样时间为80s左右。 规则波试验结果主要统计平均波高。波峰减波谷即为波高，将采集到的所有波高进行算术平均，得到规则波的平均波高。不规则波试验结果主要统计有效波高。波峰减波谷即为波高，将采集到的所有波高进行排序，取前1/3大波进行算术平均，得到不规则波的有效波高。 四、数据处理 本次实验使用fortran90语言编写计算程序，对数据进行处理。 1、规则波 （1）程序编写
1 海岸动力学复习资料 第一章 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.海岸类型：基岩海岸，砂质海岸，淤泥质海岸，生物海岸。 3.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，包括遭受波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，向陆延伸至暴风浪所能到达的地带。 4.海岸动力因素：波浪的作用、 海岸波生流、潮流的作用、径流的作用、海流的作用、风暴潮和海啸、风的作用、海平面上升。 5.波浪是引起海岸变化的主要因素。 6.近岸波生流——波浪传至近岸地区发生变形、折射与破碎，不仅其尺度改变了，同时还形成的一定水体流. 7.沿岸流——斜向入射的波浪进入海滨地带后，在破波带引起一股与海岸平行的平均流。 8.裂流流速很高，会带动强烈的向外海输移的泥沙运动。 9.潮流对海岸的作用：影响海岸带波浪的作用范围及作用强度；影响海岸带地貌类型的发育；潮流流速影响海岸带的侵蚀与淤积。 10.河流径流挟带着大量的泥沙在河口外扩散和沉积，是海岸淤涨的主要物质来源之一，导致在河口外发育着河口三角洲或三角港。 第二章 1.风浪的大小取决于风速、风时和风距的大小。由于风速风向复杂多变，风所引起的海浪在形式上也极为复杂，波形极不规则，传播方向变化不定，不可能用简单的确定性数学公式来描述，所以经常把风浪称为不规则波。 2.波浪的分类: 1）按形态分类：规则波和不规则波 2）按传播海域的水深分类：深水波、有限水深波、潜水波（深水波与有限水深波界限为h/L=1/2，潜水波与有限水深波界限为h/L=1/20）。 3）按运动状态分类：震荡波、推进波、推移波 4）按破碎与否分类：破碎波、未破碎波、破后波 5）按运动学和动力学的处理方法：微幅波和有限振幅波 3.波浪运动控制方程 0x 222 2=??+??z φ φ 4.定解条件： 1）海底表面设为固壁，因此水质点垂直速度为零。0z =??φ z=-h 2）在波面 z=η处，应满足动力学边界条件 运动学边界条件。动力学边界条件为水面上压力为常数，因此取 z=η，并令p=0，得到自由表面动力学边界条件。 3）流场左右两端的边界条件可根据简单的波动在空间和时间上呈周期性来却确定。在空间上看的波要素是相同的，在时间上看一个周期后的要素也应相等，故波场上下两端面边界条件可表示为 ),,(),,(,,T t z x t z L x t z x +=+=φφφ）（。 5.建立简单波理论时，一般作如下规定：流体是均质和不可压缩的，其密度为常数；流体是无粘性的理想液体；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；质量力仅为重力，表面张力和柯氏力可忽略不计；波浪属于平面运动，在xz 平面内坐二维运动。 6.微幅波理论的控制方程和定解条件 控制方程：0x 222 2 =??+??z φφ 定解条件：海底部边界条件：0t =??φ z=-h 自由水面处： 动力学边界条件：t g 1??- =φ η z=0（能量守恒） 运动学边界条件： 0g t 22=??+??z φ φ z=0 边界条件：），（），，（z ct x t z x -==φφ 7.微幅波理论的意义：假设运动是缓慢的，波动的振幅A 远小于波长L 或水深h 。 8.微幅波势函数：σ φAg =)sin(cosh ) (cosh t kx kh h z k σ-+ 9.色散方程：kh gk tanh 2 =σ L=kh gT tanh 22 π c=T L =k σ 10.波的色散现象：不同波长或周期的波以不同的速度进 行传播最后导致的分散现象。该现象表明了：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。 11.微幅波单宽波峰线长度一个波长范围内平均的波浪动能和势能相等。 12.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。
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kh 7.(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。 13.波浪压力p z=-ρgz+ρgHcosh*k(z+h)+/*2cosh(kh)+，等号右边第1项为静水压力部分，其值始终为正值，第二项为动水压力部分。此公式值在波峰时为最大，波谷时为最小。 14.一个波长范围内，单宽波峰线长度的平均总波能：=E/L=ρgH2/8，单位为J/m2 15.通过单宽波峰线长度的平均能量传递率称波能流。 16.作用在垂直于底面的单位水柱体四个侧面上的由于动量交换而产生的应力的时均值，单位是N/m。 17.描述波系大小有两种方法：①对波高、周期等进行统计分析，采用有某种统计特征值的波作为代表波的特征波法；②谱表示法。
海岸动力学复习提纲 初始章 概论 1、基本概念 {{ 、潮汐 动力因素：风、浪、流 岸线变化泥沙运动海滩剖面变化 岸线变形 海岸动力学→ 海岸带：以海岸线为准，向陆地10公里，向海到-10m 或-15m 等深线范畴内为海岸带。海岸带又分为①潮上带②潮间带③潮下带 海岸线：沿海岸滩与平均大潮高潮面交线称为海岸线。 潮上带：平均高潮以上 潮间带：平均高潮与平均低潮之间 潮下带：平均低潮以下 2、海岸类型 ①基岩海岸 基岩海岸主要由岩石组成，地质条件比较好，是建港的良好地点。 ②沙质海岸 组成的泥沙粒径0.06mm
红树林是公认的“天然海岸卫士”。我国的红树林海岸主要分布在海南，福建，台湾沿海。红树林海岸的作用主要有消浪、滞流、促淤、保滩。 2.珊瑚礁海岸： 是由珊瑚礁组成的海岸，是海防前哨。可用于潜水及海底观光。 3、海岸动力因素 变化 长期因素：风、波浪、 潮汐、波浪流、海平面 短期因素：台风、海啸 、风暴潮 长期因素具有周期性，相对确定性；短期因素具有偶然性。 4、海岸开发现况 ①海岸港口建设 ②围垦，建海堤 ③海岸资源开发利用 1.土地资源 2.盐资源 3.渔场 4.油气资源 ④海岸环境保护 5、海岸动力学研究方法 ①理论分析 ②实验室试验研究 ③现场原型观测研究 ④数学模拟研究
海岸动力学实验报告 专业年级： 姓名： 学号： 二〇一二年五月 中国南京
目录 实验一：波浪数据采集与波高统计实验 (3) 一、实验目的 (3) 二、实验要求 (3) 三、实验过程 (3) 四、结果分析 (4) 五、实验结论 (8) 实验二：波压力测量实验 (9) 一、实验目的 (9) 二、实验要求 (9) 三、实验水文要素 (10) 四、实验仪器 (10) 五、实验过程 (10) 六、结果分析 (11) 七、实验结论 (13)
实验一：波浪数据采集与波高统计实验 一、试验目的 了解波浪中规则波及不规则波的区别，波浪模型的一般方法，规则波波高、周期、不规则波高的统计方法。 二、试验要求 试验采用规则波及不规则波进行。 1、规则波及不规则波的测量。 2、规则波及不规则波特征值的统计。 3、试验报告的编写，要求报告能准确的反映试验目的、方法、过程及结论。 三、试验过程 试验中共设置四根波高传感器，四个同学为一组，每人采用其中一根传感器的数据计算波高，规则波采样时间为20s，不规则波采样时间为80s左右。 规则波试验结果主要统计平均波高。波峰减波谷即为波高，将采集到的所有波高进行算术平均，得到规则波的平均波高。不规则波试验结果主要统计有效波高。波峰减波谷即为波高，将采集到的所有波高进行排序，取前1/3大波进行算术平均，得到不规则波的有效波高。
四、结果分析： 本次实验使用fortran90语言编写计算程序。 程序截图（作为运行结果，右为部分算法） 具体代码： PROGRAM MAIN IMPLICIT NONE INTEGER::I=0,I1=0,K=2000,J=0,NUM_MAX=0,NUM=0 !考虑K行 REAL::MAX=0,MIN=0,SUM_MAX=0,T REAL,DIMENSION(4,2000)::DA TA=0 !ASSUMING THA T K=100; DA TA(I,J)对应为第I 个变量的第J个数据，即数据文件中第J行第I列。数据共2000行 INTEGER,DIMENSION(100)::ZERO_POINT=0 !ASSUMING THA T K=100 REAL,DIMENSION(4,100)::HEIGHT=0 REAL,DIMENSION(4)::SUM_HEIGHT=0 OPEN(10,FILE='2A0407_8001.TXT') READ(10,*) DA TA CLOSE(10) DO NUM=1,4 SUM_MAX=0;ZERO_POINT=0;J=0 DO I=1,K-1 IF(DA TA(NUM,I)<1E-8) THEN IF(DA TA(NUM,I+1)>0) THEN !采用上跨零点法，DA TA(3,I)对应零点前最末负值，DA TA(3,I+1)对应零点后首个正值 J=J+1
科技名词 流体力学中的无因次量 ?阿基米德数?阿特伍德数?巴格诺尔德数?毕奥数 ?邦德数? Brinkman数?毛管数?柯西数 ?Damk?hler数?迪安数?底波拉数?埃克特数 ?埃克曼数?E?tv?s数?欧拉数?福禄数 ?伽利莱数?格拉斯霍夫数?G?rtler数?哈根数 ? Kc数?克努森数?拉普拉斯数?路易斯数 ?马赫数?磁雷诺数?马兰戈尼数?莫顿数 ?努塞尔特数?奥内佐格数?佩克莱特数?普兰特数 ?瑞利数?雷诺数?理查逊数?罗什科数 ?罗斯贝数?劳斯数?鲁阿克数?施密特数 ?舍伍德数?斯坦顿数?斯托克斯数?斯特劳哈尔数 ?苏拉特曼数?泰勒数?韦伯数?魏森贝格数 ?沃默斯利数 飞行原理 ?标准大气?气体状态方程?压强?完全气体?可压缩流体 ?不可压缩流体?声速?马赫数?临界马赫数?理想流体 ?黏性流体?黏性系数?雷诺数?普朗特数?努塞特数 ?施特鲁哈尔数?弗劳德数?流场?流线?流管 ?流谱?迹线?旋涡?有旋流?无旋流 ?等熵流动?定常流?非定常流?亚声速流?跨声速流 ?超声速流?马赫波?马赫角?马赫锥?膨胀波 ?压缩波?激波?层流?湍流?转捩 其他科技名词 ?分离[流] ?尾流?边界层?边界层位移厚度?边界层动量厚度?激波-边界层干扰?高超声速流?高超声速激波层?气动加热?伯努利方程 ?逆压梯度?顺压梯度?气动噪声?声爆?空气动力学 ?理论空气动力学?稀薄气体力学?磁流体动力学?声障?热障 ?自由流?源?汇?偶极子?旋涡破碎 ?环量?流函数?速度势?静压?动压 ?总压?静温?总温?驻点?拉瓦尔管 ?普朗特-迈耶流?锥形流?纳维-斯托克斯方程?连续方程?动量方程 ?能量方程?雷诺方程?欧拉方程?全速势方程?速度边界层 ?热边界层?间歇因子?边界层积分关系式?小扰动方程?扰动速度势 ?细长体理论?汤姆孙定理?库塔-茹科夫斯基定理?达朗贝尔佯谬?毕奥-萨伐尔公式
分类课程号课程名学 分 时 数 开课院系备注 1 2 3 4 5 6 7 8 通识教育必修课QT620010 军事理论 1 18 √学生处WL510011 体育（一） 1 36 √行政系WY110011 大学英语（一） 4 72 √英语系XX310020 大学计算机基础 2 36 √信息基础WL410010 中国近现代史纲要 2 36 √行政系WL510012 体育（二） 1 36 √行政系WY110012 大学英语（二） 4 72 √英语系XX310070 C语言程序设计 3 72 √计算机系WL410040 马克思主义原理 3 54 √行政系WL510013 体育（三） 1 36 √行政系WY110013 大学英语（三） 4 72 √英语系WL410030 概论 3 54 √行政系WL510014 体育（四） 1 36 √行政系WY110014 大学英语（四） 4 72 √英语系QT620020 形势与政策 2 36 √学生处WL420020 思想道德与法律基础3 54 √行政系学分小计39 11 10 8 8 2 学科基础课WL210011 高等数学A（一） 5 90 √行政系WG120030 工程制图 2 36 √机械系WL210012 高等数学A（二） 5 90 √行政系WL310011 大学物理(一) 3 54 √行政系WG110060 材料力学 3 54 √机械系WG110490 理论力学 3 54 √机械系WL210080 线性代数 2 36 √行政系WL210140 概率论与数理统计 3 54 √行政系WL310012 大学物理(二) 3 54 √行政系WL320020 物理实验 1 45 √行政系HH210340 水力学 3 54 √港航系WG110430 结构力学 4 72 √机械系HH210230 海岸动力学 2 36 √港航系HH210270 河流动力学 2 36 √港航系学分小计41 5 10 15 7 4 专业必修HH220540 工程地质与水文地质2 36 √港航系HH210530 工程水文学 2 36 √港航系
海岸动力学复习提纲初始章概论 1、基本概念 海岸动力学动力因素：风、浪、流 泥沙运动岸线变化 、潮汐海滩剖面变化岸线变形 海岸带：以海岸线为准，向陆地10公里，向海到-10m或-15m等深线范畴内为海岸带。海岸带又分为①潮上带②潮间带③潮下带 海岸线：沿海岸滩与平均大潮高潮面交线称为海岸线。 潮上带：平均高潮以上 潮间带：平均高潮与平均低潮之间 潮下带：平均低潮以下 2、海岸类型 ①基岩海岸 基岩海岸主要由岩石组成，地质条件比较好，是建港的良好地点。 ②沙质海岸 组成的泥沙粒径0.06mm
红树林是公认的“天然海岸卫士”。我国的红树林海岸主要分布在海南，福建，台湾沿海。红树林海岸的作用主要有消浪、滞流、促淤、保滩。 2.珊瑚礁海岸： 是由珊瑚礁组成的海岸，是海防前哨。可用于潜水及海底观光。 3、海岸动力因素 长期因素：风、波浪、潮汐、波浪流、海平面变化 短期因素：台风、海啸、风暴潮 长期因素具有周期性，相对确定性；短期因素具有偶然性。 4、海岸开发现况 ①海岸港口建设 ②围垦，建海堤 ③海岸资源开发利用 1.土地资源 2.盐资源 3.渔场 4.油气资源 ④海岸环境保护 5、海岸动力学研究方法 ①理论分析 ②实验室试验研究 ③现场原型观测研究 ④数学模拟研究