波浪破碎发生能量损失幅射应力沿程减小引起增水现象

用波浪辐射动量应力分析波浪减水现象
波浪减水是海洋中发生的一种现象，即海水在高浪的作用下，会出现减量的现象，这种现象常常发生在沿海的海岸线以及附近的河口附近，而这种现象的发生有很多不同的因素，其中最主要的就是波浪的辐射动量应力。

辐射动量应力是指由于海浪的移动，所产生的力，它是一种外力，可以把海水带到其它位置，这种外力可以分析出它产生的各种应力，尽管这种应力很小，但它与海浪的深度和波长有关，它也可以影响海水的流动特性。

除此之外，波浪辐射动量应力还可以分析出波浪辐射带来的空气动力。

当一个振动的波浪由海面发射到空中，它会带动空气流动，这种空气动力会带走海面上的水分，从而使海水的位置变得更低。

这种现象最常见的就是海岸线上的波浪减水现象，正是由于波浪辐射带来的空气动力，才使得海水位置变得更低。

而要精准分析波浪减水现象，就需要用到波浪辐射动量应力分析方法，它是一种利用物理和数学原理来分析海浪的外力，海浪的深度和波长等。

通过这种方法，可以准确分析不同类型的波浪对海水的影响，以及波浪辐射带来的空气动力，从而了解和分析波浪减水现象的原因。

除此之外，还可以用波浪辐射动量应力分析，来估算波浪减水的数量，可以更精确地估算出每个高浪时海水减少的数量，从而更好地了解和控制波浪减水的情况。

总之，用波浪辐射动量应力分析波浪减水现象，是一个非常重要的工作，它通过物理和数学原理，可以准确分析不同类型的波浪对海水的影响，以及波浪辐射带来的空气动力，可以更好地了解和控制波浪减水现象的原因。

而且，还可以更加精准地估算出每个高浪时海水减少的数量，让我们在研究和控制波浪减水的情况时，更加精准有效地进行。

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-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/k10.★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。

海岸动力学上海海事大学2007106130041. 波浪分类：1按形态分布分规则波和不规则波2按波浪是否破碎分破碎波、未破碎波和破后波3按水深分h/l<0.05为浅水波；0.05≤h/l ≤0.5为有限水深波；h/l>0.5为深水波2. 波浪运动的描述方法：欧拉法、拉格朗日法3. 波理论的简单描述：微幅波理论和斯托克斯波理论（有限水深波理论）4. 波浪描述的参数：（基本参数）空间尺度包括波高H ，振幅a ，波面η，波长L ，水深h ；时间尺度包括波周期T ，波频率f=1/T ，波速c=L/T 。

（复合参数）波动角频率σ=2π/T ，波数k=2π/L ，波陡δ=H/L ，相对水深h/L 或kh5. 波理论假设：1流体是均质和不可压缩的，其密度为常数2流体是无粘性的理想流体3自由水面的压力是均匀的且为常数4水流运动是无旋的5海底水平不透水6流体上的质量力仅为重力，表面张力和柯氏力可忽略不计7波浪属于水平运动，即在xy 平面内做6. 波动方程：拉普拉斯方程 伯努利方程边界条件7. 微服波控制方程： 自由水面波面曲线：η=2H cos(kx-σt)；自由表面边界条件：σ2=gktanh(kh)弥散方程 弥散方程：表面波浪运动中角频率σ、波数k ，水深h 之间的相互关系推导：L= π2gT 2tanh(kh)；c=π2gT tanh(kh)；c 2=kg tanh(kh)——σ=2π/T ；k=2π/L ；c=L/T 8. 迭代法求波长9. 名词解释：弥散（色散）现象：当水深给定是，波的周期越长，波长也越长，这样就使不同波长的波在传播过程中逐渐分散开来。

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10. 深水波和浅水波：根据双曲函数图像深水波：潜水波：11. 水质点运动方程：12. 轨迹为一个封闭的圆，在水底处b=0，说明水质点沿水滴只作水平运动。

在深水情况下，运动轨迹为一个圆，随着指点距水面的深度增大，轨迹圆的半径以指数形式迅速减小。

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。

第19卷第6期水利水电科技进展1999年12月第一作者简介:郑金海,男,博士,从事河口海岸水动力数值模拟研究.*教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(98029402).波浪辐射应力理论的应用和研究进展*郑金海 严以新(河海大学港口航道及海岸工程学院 南京 210098)摘要 回顾波浪辐射应力张量的概念,前人的研究成果表明微幅波的辐射应力理论是符合实际的.综述波浪辐射应力理论在海洋流体动力学中的应用,分析该理论在研究近岸流的形成、波浪增水和波浪减水、沿岸流流速的沿程分布、破波带内底部反向流的速度分布、河口海岸泥沙运动、海岸碎波拍和波流相互作用等问题中的应用.总结波浪辐射应力的研究进展,包括考虑有限振幅波和不规则波的辐射应力场以及微幅波辐射应力张量沿水深分布的研究,指出辐射应力张量沿水深分布的研究可以为探讨近岸水动力环境的垂直结构以及完善波流相互作用三维数学模型提供理论基础.为深入考察波浪辐射应力张量沿水深分布情况,提出进一步研究的思路.关键词 海洋流体动力学;微幅波;波浪辐射应力;动量流;垂向分布 波浪在传播过程中,具有平行于传播方向的动量,其值与波浪振幅的平方成正比,如果遇到障碍物而反射,动量必然反向传递,从动量守恒的观点来看,波浪将对障碍物施加作用力,该力等于波浪动量的变化率,即动量流.Longue-t Higgins 和Stewart 将作用于单位面积水柱体的总动量流的时均值减去没有波浪作用时的静水压力定义为波浪剩余动量流,又称辐射应力[1].辐射应力理论的研究对象是波浪水体中的力场,是解释近岸波浪流系、风暴潮引起的平均海平面变化等自然现象的理论.1 微幅波中的辐射应力张量在波浪水体中,存在着包含静水压力和净波压力的波动压力场.由于波浪的水质点运动,在波浪水体中还存在着类似于紊流雷诺应力的应力场.它是水质点动量输送产生的,所以又叫做动量流.波浪动量流是由波浪水质点速度产生的,具有确定性的性质,且随波浪水质点速度变化作周期性的变化,可以从波浪水质点速度方程式计算出来.总的能够说明波浪对水体激起应力机制的概念是由Longue -t Higgins 和Ste wart 在60年代提出的[1],他们在牛顿流体力学定理和速度沿水深均匀分布的基础上,将辐射应力定义为由于波浪现象而产生的动量超通量.写成张量形式,则有S =S xx S xy S yxS yy(1)式中:S xx 表示作用在垂直于x 轴平面的x 方向的剩余动量流,称做辐射应力在x 方向上的主分量;S yy 表示作用在垂直于y 轴平面上的y 方向剩余动量流,称做辐射应力在y 方向上的主分量;S xy 表示用在垂直于x 轴平面上的y 方向动量流,称做辐射应力在垂直于x 轴平面上的切向分量;S yx 表示作用在垂直于y 轴平面上的x 方向的动量流,称做辐射应力在垂直于y 轴平面上的切向分量.以不同的波理论的水质点速度及波压力公式可以计算得到不同的辐射应力表达式.根据微幅波理论,波向角为 时辐射应力的张量形式表达式为S =En cos 2 +12(2n -1) n2sin2 n 2sin2 n sin 2 +12(2n -1)(2)式中:n =12(1+2khsinh 2kh )为波能传递率,k 为波数,h 为水深;E =18gH 2,为单位面积的水柱体内在一个波周期中所具有的平均波能.在深水条件下,波能传递率n =1/2,那么辐射应力张量S =E12cos 2 14sin214sin2 12sin 2 (3)在浅水条件下,波能传递率n =1,那么辐射应力张量S =Ecos 2 +1212sin212sin2 sin 2 +12(4)Longue -t Higgins,Bo wen,Van Dorn 等人分别应用基于微幅波理论的辐射应力公式计算波浪破碎前后的水面升降,并和观测结果相比较.总的来说,理论曲线和观测结果是吻合的[1~3].这说明,基于微幅波理论的辐射应力理论是符合实际的.曹祖德等.天津港抛泥地弃土运移的数值模拟.天津水运工程科学研究所,1989.2 波浪辐射应力理论的应用辐射应力理论在海洋流体动力学中有着广泛的应用.从60年代至今,应用辐射应力理论,根据力的平衡原理,建立相应的基本方程式,在研究下列课题中取得一些突破.a.近岸流的形成机理分析和数值模拟[4,5].研究认为,当波浪场中波高发生变化时,辐射应力也将变化,导致单位面积的水柱上的应力不平衡,从而驱动水体运动,生成近岸流.b.波浪增水和波浪减水的研究[6~8].波浪破碎前,由于水深变浅,波高逐渐增大,辐射应力也随之增大,从而使波动水面降低,产生波浪减水;波浪破碎后,由于波能急剧消耗,波高减小,辐射应力相应减小,因而引起平均水面抬高,产生波浪增水.c.沿岸流流速的沿程分布研究[9,10].当波浪斜向行近海岸时,或是沿岸波高不等时,辐射应力场的变化提供驱动沿岸流的动力,根据动量守恒,建立沿岸流流速分布的计算公式.d.破波带内底部反向流的速度分布研究[11,12].辐射应力与波浪增水压力梯度的局部差异是形成底部反向流的原因,从质量守恒出发,导出底部反向流的速度分布计算表达式.e.河口海岸泥沙问题[13,14].在河口海岸地区,潮流、波浪对泥沙具有同等重要的作用,将概化波浪过程的辐射应力迭加到潮流运动方程和泥沙扩散方程中,建立包含潮流、波浪综合作用的泥沙数学模型,采用数值模拟的手段研究河口海岸泥沙运动.f.海岸碎波拍问题[15,16].将波浪增水和波浪减水视为约束在波群中的长波,它在海岸处的反射是产生海岸碎波拍的一个重要原因,辐射应力场的变化是海岸碎波拍形成与变化的关键.g.波流相互作用问题[17,18].引入辐射应力理论,不仅可以形象地描述波浪与水流相互作用时的能量交换,而且可以建立以波能守恒、波作用量守恒为具体形式的波流相互作用模型,为波流相互作用数值模拟提供理论基础.3 波浪辐射应力理论的研究进展由于利用有限均匀水深二维线性波动解得到的辐射应力表达式形式简单,计算方便,概念清楚,所以在近岸波生流、波流相互作用问题及河口海岸泥沙问题、岸滩演变的研究中得到广泛的应用并取得良好的效果.然而,随着科学技术的不断进步和人类对海岸带开发需求的日益迫切,需要也可能对上述问题作出更加精确的模拟,便于人们更加深入了解这些现象.许多专家学者正从不同的角度,进行着不同程度的探索和改进.为了考虑有限振幅波的影响,James [19]假设波浪运动是缓变的,且在破波带内波浪运动仅与水深有关,采用非线性方法,结合三阶Stokes 波和椭圆余弦波理论,计算辐射应力向岸方向的变化,该方法适用于平底地形.Thornton 等利用不规则波产生的辐射应力为沿岸流的驱动力,预报不规则波致沿岸流[20].其后,Larson,Yoo 及孔亚珍等人都分别对不规则波辐射应力场进行研究[21~23].研究认为,采用不规则波理论计算的辐射应力场较规则波理论计算的辐射应力场更趋均匀,尤其对切向分量更为明显,并且采用不规则波理论计算波生流能克服规则波计算结果偏大的缺点,改善计算精度.值得一提的是上述研究仍是基于平面二维波动状况.曹祖德等人 曾提出分层模式的三维潮流泥沙数学模型,其中波浪辐射应力的垂向分布形式仍采用Longue -t Higgins 的成果,仅以水体内某一层高度代替总水深,该模型应用于天津新港地区抛泥的数值计算.Borekci [24]则提出辐射应力向岸方向主分量的沿水深分布公式,并用于求解破波带内平均剪应力和欧拉速度分布,尽管未经实验验证,但从计算成果可以得出定性解释,可是未能进一步探讨辐射应力张量沿水深变化情况.文献[25]在前人研究的基础上,将垂向考察区域分为波谷以下部分、波谷至平均水面部分以及平均水面以上部分,应用微幅波理论,分段推求波浪辐射应力沿水深分布函数,建立任意波向角时波浪辐射应力各分量的计算表达式,给出深水及浅水条件下的渐近表达式,探研辐射应力张量沿水深分布情况.结果表明,波浪辐射应力各分量沿水深并非均匀分布,而且各分量分布情况不尽相同;从波面到海底,存在反向变化的现象;浅水条件下,波谷以下部分所占份量相当可观.波浪辐射应力的垂向分布研究表明,仔细研究辐射应力场的垂向分布是必要的,这不仅对于理论研究,而且对于工程实践均有相当重要的指导意义.需要指出的是,在浅水地区,微幅波理论受到较大的限制,因此应当考虑使用合适的波浪理论;同时,应当着重研究破波区内波浪辐射应力各分量沿水深分布情况.4 结 语关于辐射应力的研究和应用,经过几十年来的积累,取得一系列的成果,并且在解释一些海岸动力现象方面取得满意的结论,然而仍有许多问题值得探讨.30多年来一直沿用与水深无关的辐射应力表达式,没有能够真实地反映近岸水动力环境的垂直结构以及对泥沙环境的影响,也严重制约波流相互作用三维数学模型的开发和应用.因此,对不同波浪理论的波浪辐射应力的垂向分布以及近海海域水下复杂地形、结构多样底床对波浪辐射应力的垂向分布的影响应进行深入的研究,这对进一步研究破波带内底部反向流、离岸水下沙坝的成因以及波浪对水流垂向结构和传热传质过程的影响等都有重要意义.参考文献1 Longue-t Hi ggins M S,Stewart R W.Radiation stresses in waterwaves:a physical discussion with application.Deep Sea Res, 1964,11(5):529~5622 Bowen A J,Inman D L,Simmons V P.Wave se-t down and se-tup.J Geophys Res,1968,73(3):2569~25773 Van Dorn W G.Se-t up and run-up in shoaling breakers.In:Proc15th ICCE,Honolulu,Hawaii.N Y:ASCE,1976:738~ 7514 Basco D R.Surf zone currents.Coastal Engineering,1983,7(4):331~3535 史峰岩,丁平兴.近岸波生流的数值模拟.见:第八届全国海洋工程学术讨论会暨1997海峡两岸港口及海岸开发研讨会论文集.北京:海洋出版社,1997:779~7856 Longue-t Higgins M S,Stewart R W.A note on wave se-t up.JMar Res,1963,21(1):1~147 Yanagishima S,Katon K.Field observation on wave setup nearthe shoreline.In:Edge B L ed.Proc22nd ICCE,Delft,theNetherlands.N Y:ASCE,1990.95~1088 李孟国,张大错.浪致近岸水位变化及流场的数值计算.海洋学报,1996,18(4):96~1139 Bowen A J.The generation of longshore curren ts on a planebeach.J Mar Res,1969,27(2):206~21410 Longue-t Higgins M S,Stewart R W.Longshore currents gener-ated by obliquely incident wave.J Geophys Res,1970,75(3): 6778~680111 Svendsen I A.Mass flux and undertow in surf zone.CoastalEngineering,1984,8(4):347~36512 Okayashi A,Shibayama T.Vertical variation of undertow in thesurf zone.In:Edge B L ed.Proc21st ICCE,Costa del So-l Malaga,Spain.N Y:ASCE,1988.478~49113 Bijker E W.Longshore transp ort computation.J WaterwayHarbor and Coastal Eng,1971,97(4):687~70114 辛文杰.潮流波浪综合作用下河口二维悬沙数学模型.海洋工程,1997,15(1):30~4715 Guza R T,Thornton E B.Observati on of surf beat.J GeophysRes,1985,90(2):3161~317116 董国海,邹志利,李玉成.海岸碎波拍的计算.见:第八届全国海洋工程学术讨论会暨1997海峡两岸港口及海岸开发研讨会论文集.北京:海洋出版社,1997:660~ 66717 Phillips O M.Dynamics of upper ocean.London:Cam UnivPress,196618 白辅中,黄蕙.辐射应力理论在波流相互作用中的应用.河海大学学报,1997,25(6):116~11819 James I D.Nonli near waves in the nearshore 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The causes of piping in the embankment of Jingjiang is introduced.The principle for preventing piping is Inclosure outside the basin and diversion in the inner basin".The measures such as flood diversion,and flood wa ter storage to c reate a c ounter pressure,are taken.Clear flow is the mark of controlled piping.The main method for preventing piping is Inclosure infront of the embankment and diversion behind the embankment with the stress placed on diversion".In all,enclosure,diversion and cre-ation of a counter pressure are adopted in the same time to prolong the seepage path and change the seepage pattern. The construction of platforms on the inner side of the em-bankment to make the covering strata thickness equal to the difference of water head is an effective way to prevent piping.Key words bank protection;sand foundation;piping; flood prevention;embankment strengtheningResearch and Application of Wave-Induced Radiation Stress Theory/Zheng Jinhai,et al(College o f Harbo r Wa-terway and Coastal Engineering,Hohai Univ.,Nangjing 210098,P.R.China)Abstract The c oncept of small a mplitude wave Induced radiation stress is revie wed.The achieve ments in this as-pect sho w that the small amplitude wave induced radiation stress theory is in conformity with reality.The application of wave induced radiation stress theory to oceanic fluid dyna mics is summarized;the generation of nearshore cur-rent,wave setup and se tdown,the distribution of the lit-toral velocity of longshore current,the vertical variation of undertow in the surf zone,the coastal and estuarine sand transport,the surf beat,and the wave-current interaction, are analysed.The ne w advances in the study on wave-in-duced radiation stress are presented,including the radia-tion stress induced by the finite amplitude wave and ran-dom wave,and the distribution over depth of the small a mplitude wave induced radiation stress,which could pro-vide a theoretical basis for inquiring into the vertical structure of nearshore hydrodynamical environment and for consummating the three-dimensional mathematical model of wave-current interac tion.In order to make a thorough investigation on the vertical characteristics of wave-in-duced radiation stress,proposals for further research are put forward.Key words small amplitude wave;wave-induced radia-tion stress;distribution over depth;oceanic fluid dynamicsDevelopment of and Study on Soil Anchor Tech-niques/Kong Xianbin,et al(Huaiyin Industry College, Huaiyin,Jiangsu Province223001,P.R.China) Abstract The history of soil anchors,the classification of soil anchors,and their application in different fields of en-gineering.Projects are introduced systematically.More-over,the important functions of soil anchors in economic construction the working mechanism of soil anc hors,and analytical methods,as well as the tests of soil anchors and findings are also introduced.On the basis of development of the above technique the problems to be solved are put forward for researchers and e xperimantal workers'refer-ence.Key words soil anchor;analysis of stability;anchoring; anchorage and qunite supportStudy on C ost Allocation Methods for Multiobjective Water Projects/Fang Guohua,et al(College o f Water Conservancy and Hydropo wer Engineering,Hohai Univ., Nanjing210098,P.R.China)Abstract Reasonable allocation and comprehensive use of the investment and cost pension of multiobjective water projec ts is helpful to the coordination of the requests of different participants,the defining of economic develop-ment mode and magnitude,appropriate use of water re-source,and realization of Those who benefit invest".Five different cost allocation methods are commonly used to a-l locate the joint costs of multiobjec tive water projects:the use of facilities method,the benefit ratio method,the alter-native justifiable expenditure method,the separable cos-t remaining benefits(SCRB)method and the major-minor method.After analysis of cost composing and c ost sharing for multiobjective water projects,the five methods are re-vie wed,some suggestions for modifing cost allocation are put for ward,and some questions that should be paid atten-tion to while allocating costs are pointed out.The compre-hensive SCRB method and the use of facilities method are recommended.Key words multiobjective water projects;cost sharing;。

学年度第一学期期末考试《海洋工程基础》（八）卷专业班级姓名学号一、单选题（每题的备选答案中只有一个♦隹答案，每题2分，共30分）【、海洋的主要组成部分是（）。

A.海B.洋C.海湾D,海峡2、波浪自深水向岸边传播进入浅水后，由于水下地形影响，等深线往往与波峰线不平行，在平面上波浪传播方向发生偏转并引起波高的变化，这种近岸波浪传播变形现©称为（）°A.波浪反射B.波浪绕射C.波浪折射D.驻波3、波浪传播至浅海近岸，由于水深、海底摩擦、地形、障碍物等环境因素变化的膨响，使得波浪的传播发生变形，出现O等现象。

Λ.波长变长B.波速变快C.波高变矮D.波浪破碎4、将热带的盈余能用传输到高绥度，以保持地球上能贵的收支平衡的方式是〈）.A.海流输送B.气潦输送C.风流输送D.洋流输送4、下列选项哪个不是潮汐的基本类型（）°A.半日潮B.半月潮C.全日潮D.混合潮5、海盐密度分布发生变化，产生•的密度梯度力推动着海洋环流的运动称为（）。

Λ.大气环流B.季风环潦C.热盐环流D.赤道逆流6、如何减小或消除还流作用力引起的涡激振动对海洋工程结构物的危害O.A.减小构建的尺度B.改变构件的自振频率，使它与漩涡发放频率相接近C.改变构件后的尾流场，破坏尾流场漩涡的规律性泄放，避免涡激振动的发生D.改变结构物的形状7,台风风暴潮的特点不包括O,A.多见于春冬季节B.来势猛、速度快C.强度大、破坏力强D.多见下沿海地区8、自升式平台作业时（）。

A.平台拖航至井位后，先将平台主体卜降着底井插入海底一定深度B.下放主体，使之沿桩腿下降到离海底一定的高度C钻完井，平台离开井位时，直接用拖船将主体拖走D.利用浮力对主体的支持把桩腿从海底拔出、升起，然后移到新的井位9、关「斯奈尔折射定律的物理意义下列说法正确的是（）.A.波浪斜向进入浅水区后，同一波峰线的不同位置将按照各自所在地点的水深决定其波长B.处丁•水深较大位置的波峰线推进较慢，处Γ∙水深较小位理的推进较快，C.波峰线就因此而弯曲并渐趋于与等深线平行，波向线则趋丁垂直于岸线D.这种波峰线和波向线随水深变化而变化的现象就是波浪反射。

第一章波浪理论1。

1建立简单波浪理论时，一般作了哪些假设？【答】:（1）流体是均质和不可压缩的，密度ρ为一常数；(2）流体是无粘性的理想流体；(3)自由水面的压力均匀且为常数；（4）水流运动是无旋的；（5）海底水平且不透水；（6)作用于流体上的质量力仅为重力,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水平面内运动.1。

2试写出波浪运动基本方程和定解条件,并说明其意义。

【答】:波浪运动基本方程是Laplace方程：2222=∂∂+∂∂zxφφ或写作：02=∇φ。

该方程属二元二阶偏微分方程，它有无穷多解。

为了求得定解，需有包括初始条件和边界条件的定解条件：初始条件：因波浪的自由波动是一种有规则的周期性运动，初始条件可不考虑。

边界条件:（1）在海底表面，水质点垂直速度应为0，即=-=h z w或写为在z=—h 处,0=∂∂zφ（2）在波面z=η处，应满足两个边界条件，一是动力边界条件、二是运动边界条件A 、动力边界条件02122=+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂==ηφφφηηg z x tz z由于含有对流惯性项⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂2221z x φφ，所以该边界条件是非线性的。

B 、运动边界条件，在z=η处0=∂∂-∂∂∂∂+∂∂zx x t φφηη。

该边界条件也是非线性的. （3）波场上下两端面边界条件),(),,(z ct x t z x -=φφ其中c 为波速，x —ct 表示波浪沿x 正向推进。

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.【答】：微幅波理论的基本方程为：02=∇φ定解条件：z=-h 处,0=∂∂zφz=0处，022=∂∂+∂∂z g tφφz=0处，⎪⎭⎫⎝⎛∂∂-=t g φη1),(),,(z ct x t z x -=φφ求解方法：分离变量法1。

4线性波的势函数为()[]()()t kx kh z h k gH σσφ-⋅+⋅=sin cosh cosh 2, 证明上式也可写成()[]()()t kx kh z h k Hc σφ-⋅+⋅=sin sinh cosh 2 【证明】：由弥散方程：()kh gk tanh 2⋅=σ以及波动角频率σ和k 波数定义：T πσ2=，Lk π2= 可得：()kh Lg T tanh 22ππσ⋅=⋅，即()()kh kh L T g cosh sinh ⋅⋅=σ 由波速c 的定义:TLc =故：()()c kh g kh sinh cosh ⋅=⋅σ 将上式代入波势函数：()[]()()t kx kh z h k gH σσφ-⋅+⋅=sin cosh cosh 2 得：()[]()()t kx kh z h k Hc σφ-⋅+⋅=sin sinh cosh 2即证。

第一章 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2.波浪运动控制方程 （1）描述一般水流运动方法有两种：一种叫欧拉法，亦称局部法，另一种叫拉格朗日法，亦称全面法（2）描述简单波浪运动的理论： 一个是艾利（Airy ）提出的为微幅波理论，另一个是斯托克斯（Stokes ）提出的有限振幅波理论3.参数（1）波高H ：两个相邻波峰顶之间的水平距离（2）振幅a ：波浪中心至波峰顶的垂直距离，H=2A （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：T 2πσ= （7）波速c ： 波形传播速度，即同相位点传播速度，又称相速度4.建立简单波理论的假设：流体是均质和不可压缩的，其密度为一常数；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，表面张力和柯氏力忽略不计；波浪属于平面运动，即在xz 平面内作二维运动。

5.速度φ的控制方程（拉普拉斯方程）： 02222=∂∂+∂∂z x φφ 就是势运动的控制方程。

6.拉普拉斯方程的边界条件：（1）海底表面边界条件：海底水平不透水 0z=∂∂φ ，h z -= 处（2）自由水面动力学边界条件： 0])()[(21t 22=+∂∂+∂∂+∂∂==ηφφφηηg zx z z （3）自由水面的运动边界条件：自由水面上个点的运动速度等于位于水面上个水质点的运动速度0zx x t =∂∂-∂∂∂∂+∂∂φφηη ，η=z 处（4）二维推进波，流场上、下两端面边界条件可写为：）z ,ct -x （）t ,z ,x （φφ=7.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h7.微幅波波面方程：）t -kx （cos 2σηH =弥散方程）kh （gktanh 2=σ 波长：）kh （tanh 2gT L 2π= 波速：）kh （tanh 2gT c π= 深水波长：π2gT L 2o = 深水波速：π2gT c o = 浅水波长：gh T L s = 浅水波速gh c s =8.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。

A辑第17卷第2期 水动力学研究与进展 Ser.A,V ol.17,N o.2 2002年4月 JOU RNAL O F H YDROD YNAM I CS A p r.,2002文章编号:100024874(2002)022*******沿岸流的实验研究Ξ邹志利,　常梅,　邱大洪,　王凤龙,　董国海(大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116023) 摘　要:　本文研究了缓坡海岸(坡度为1∶100和1∶40)沿岸流及波浪增减水的模型实验。

讨论了沿岸流和波浪增减水的模型实验方法,给出了沿岸流,波浪增减水和波高沿海岸剖面的分布。

关　键　词:　沿岸流;波浪破碎;增减水中图分类号:　TV139.2 文献标识码:A1　引言波浪斜向传向海岸时,在一定水深处将发生破碎和波高衰减。

随着波高的减小,波浪运动的动量也将相应减小,由流体力学的动量定理知,这一动量改变将伴随着流体受力的变化。

L onguet2H iggin s(1970)[1]用“辐射应用”的概念,描述了以上由于波浪动量的改变而产生的流体运动的各种成分(短波、长波和定常部分)受力的变化。

在破波带内,由波浪破碎引起的“辐射应力”的变化将产生两种流体运动现象,一是波浪增水;二是沿岸流。

前者最大值可达波浪破碎时波高的1 4,是港工建筑物设计必须考虑的水位变化。

后者既可由辐射应力变化引起,也可由沿岸波高分布不均匀引起,是伴随波浪破碎而普遍存在的海岸水域流体流动现象。

其量值最大可达2kn左右,对近岸水域泥沙运动和污染物的输移有着十分重要的作用。

人们对沿岸流的现场观测和模型实验研究已有近半个世纪的历史。

最早的实验研究仅测量了沿岸流在破波带内的平均值。

Galvin和Eagles on(1965)测量了沿岸流沿垂直海岸方向的分布[2]。

M izuguch i和Horika w a(1978)首次测量了沿岸流沿水深的分布[3]。

V isser(1991)研究了应用由水泵维持的水流循环系统在沿岸流测量中的应用[4]。

一、填空题1.一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2.近岸流包括向岸流、沿岸流和离岸流3.海岸可分为沙质海岸和淤泥质海岸4.拜落诺能量输沙型可表示为载沙量和流速的乘积5.近岸区泥沙运动按方向不同可分为横向运动和沿岸运动6.沿岸输沙率的波能流法把沿岸输沙和波功率沿岸分量联系起来7.以破波点为界，把水域分为近岸区和离岸区，近岸去进一步可以分为外滩、前滩、和后滩 8.波浪按形态可以分为规则波和不规则波9.描述简单波的理论主要有微幅波理论和斯托克斯波理论 10.一直波周期为5s ，其水深波长为38.99，波速为7.80米/秒 11.波谱)(σS 相当于波能密度相对于组成波频率的分布函数12.在海岬岬角处，波向线集中，这种现象称为辐聚，在海湾里，波向线分散，称为辐散 13.泥沙连续方程dzds s ss εω+中，s s ω为沉降率，dz ds s ε-表示紊动扩散引起的向上的泥沙通量，s ε为紊动扩散系数14.沿岸输沙是波浪和波导沿岸流共同作用引起的纵向泥沙运动，主要发生在破波内，其机理是波浪掀沙和沿岸流输沙15.辐射应力可定义为波浪运动引起的剩余动量留 16.一般将2L h =作为深水波和有限水深波的界限，将20L h =作为有限水深波和浅水波的界限 17.描述不规则波系的方法主要有特征波法和谱表示法18.方向谱是一种二维谱19.破碎波的类型主要有崩破波、卷破波和激散波20.在破波带外的浅水区，波高随水深减小而增大，因而辐射应力沿程增大，发生减水现象 21.泥沙活动参数Dg u M s m)(ρρρ-=，它表示促使泥沙起动的力和重力引起的稳定力之间的比值22.沿岸流量最大输沙率在破波线和沿岸流速最大值之间 23.沿岸沙坝和滩肩是沙质海岸的重要特性构造 24.卷破波是形成沿岸沙坝的主要原因25.海滩的一个重要特性就是它的动态变化特性名词解释：1. 波浪增减水：波动水面时均值与静水面偏离值2. 海滩平衡剖面：在一定条件下，海滩上任一点的泥沙均没有净位移，剖面形状维持不变的海滩形态。

辐射应力理论在波流相互作用中的应用分析摘要：本文以辐射应力理论从应力应变的功能原理为出发点，探讨其中波，流的作用机理。

关键词：辐射应用理论作用机理波浪的能量的方向与其传播方向是一致的，平行于其传播的方向。

当波浪遇到障碍物时，其传播方向必然反射，能量也必然反方向传播，从而也产生了对其障碍物的反作用力。

这就是辐射应用理论的基本原理，通过此原理我们将对该理论进行深入的探讨于研究，进而分析一系列由此产生的自然现象。

1波浪辐射应力理论波浪具有平行于传播方向的动量,其值和波浪振幅的平方成正比.如果波浪在传播过程中遇障碍物而反射,此时动量也必定反向传递,从动量守恒观点研究,波浪将对障碍物施加一个力,该力即等于波浪动量的变化率,即动量流,该过剩的动量流即定义为辐射应力.波浪作用下的动量流如附图所示,波动水面高程ζ=acos(Kx-σt+ε)式中a——波浪振幅; K——波数;σ——波浪圆频率;ε——波浪初始相角;L,T——波长和周期.在浅水中,相应的水质点速度分量为水平速度:垂直速度:式中H为波浪高度.流体中,由于波浪作用,通过垂直平面与单位面积瞬时水平动量的一般表达式为(1)式中p——水中任意深度点处的压力;ρ——水的密度.ρu2代表单位时间内动量ρu以速度为u的体积输送,ρu2为一压力.为了得到通过x=常数的平面总的水平动量流,必须对式(1)进行从水底z=-d到自由水面z=ζ的积分,即(2)没有波浪作用时的水平动量为(3)将式(2)的时均值减去没有波浪条件下的平均动量流式(3)即为波浪产生的辐射应力(4)经积分、展开、整理合并后可得浅水情况下式中E——波浪能量.2波、流相互作用中的辐射应力理论在波浪与水流相互作用场中,由波浪引起的辐射应力将与因水流作用而在流体中产生的应变相互作用.所产生的应变流必须抵抗辐射应力而做功,而能量也必因应变流而损失,所损失的能量可理解为被波浪所吸收,即水流与波浪进行着能量交换.以下将主要研究波浪能量在稳定均匀流中的传播.假定通过x等于常数、Y方向为单宽的某一垂直平面的平均能量传递率为(5)式中z=ζ(t)——自由水面,横线表示取时均值是在完成积分以后进行的,并以二项之和来表示流速(6)式中,V=(V,0,0),即只存在沿x方向的水流流速V;u′——由于波浪运动而产生的附加流速,并可认为任意点内部u′的平均值为零,即u′=0.将式(6)代入式(5)并取平均值可得(7)第一项R0等于无水流时波浪的能量传递,其中包括压力能p、动量ρu′2、势能ρgzo.通过积分、合并后可得式中—单位水平面积平均能量密度; —群波速度.第二项又可分为R1=R11+R12两部分式中R11——是由平均水流速度V所输送的动能和位能,而R12和前述公式(4)对应,它表征平均水流速度V对辐射应力做功,可定义为按公式(4)可得式中下角注V的符号均为水流中的波浪要素指标.S′xx包括积分后的雷诺应力,加上由于波动使水中某点产生的压力,减去由于存在波浪而在流体中平均压力的减少.公式(7)中的因为所讨论的是波动水面,所以ζ-=0,且ζ与d比较为微小量,而波浪假定为无旋的势流运动,且存在有质量输送速度,故在波浪前进方向上有一净动量EV/C/V,此净动量可理解为单宽一断面上的动量ρu′,即R2即为公式(7)中的式中是忽略了高阶项以后的近似式式中 E Cg——为由波浪输送的能量; EV V——由水流输送的能量;S′xx V——水流力对波浪所做的功; ρd·V′3——波、流场中水流对自身动能的传输.辐射应力理论的引入较形象的描述了波浪和水流相互作用时的能量交换.不仅表面波有此现象,而且内波也可引起辐射应力.在海洋里,波浪和水流的相互作用比表面波和流的相互作用更为重要,这主要是因为内波的推进速度较小,因而使流对其作用强度相对增大,因为在波浪和水流相互作用中能量的变化正比于V/C.波速值小,流的影响就相应变大;另一观点是其能量密度和动量密度之比等于波浪相速C,这点对表面波和内波都不例外,由于内波推进速度小,其动量输送就显得更为突出.结语总之对于辐射应用理论的探讨和分析，加之近几年的实践经验，我们在该理论的研究和应用方面已取得了一系列的成果，并且通过该研究在解释许多自然现象问题方面得到了相当满意的结论，但是还是存在些许的疑问需要我们探究。

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波浪辐射应力对风暴增水的影响研究
作者：郑立松余锡平
来源：《南水北调与水利科技》2010年第04期
摘要：波浪辐射应力引起的增水是风暴增水的重要组成部分，研究台风过程中波浪辐射应力在风暴增水中的作用对于准确预报风暴潮有十分重要的意义。

选用藤田台风模型模拟台风场，采用SWAN模型模拟台风浪以及辐射应力，应用垂向积分的二维数学模型ADCIRC计算风暴潮。

首先模拟理想地形条件下，规则波和不规则波斜向岸边入射过程中的波浪变化，研究波高、波浪辐射应力和增水的沿程分布特征；然后计算了台风winnie过程中浙江沿海的波浪
情况，通过计算得到了波浪辐射应力增减水的空间分布特征和随时间的变化趋势，并分析了其对风暴增水的影响。

关键词：台风浪；SWAN；波浪辐射应力；风暴增水。

《海岸动力学》--复习要点第四版CQJTU1、海岸类型和海岸主要动力因素：按照岸滩的物质组成，海岸类型有(1)基岩海岸 (2)砂砾质海岸 (3)淤泥质海岸 (4)生物海岸(红树林海岸和珊瑚礁海岸) 主要动力因素有：波浪、潮汐及潮流、近岸流、台风、风暴潮 、海啸、异重流；以及河流影响。

2、海岸线和海岸带的概念：海岸线是大潮平均高潮面与陆岸的交线。

海岸带是陆地与海洋相互作用、相互交界的一个地带，包括潮上带，潮间带，潮下带；潮间带指高潮时海岸线与低潮时海岸线之间的带状区域；潮上带是海岸线向陆扩展10km 的区域；潮下带向海到-10m ～-15m 等深线。

1、波浪分类:按波浪形态分类，波浪可分为规则波和不规则波。

不规则波又称随机波。

按波浪传播海域的水深分类，波浪分为深水波、有限水深波和浅水波。

深水波时h/L ≥0.5浅水波时h/L ≤0.05（其中h 为水深，L 为波长）2、谐振波波面表达式：波面表示为cos()a kx t ησ=-，则波长为2L k π=，则波周期为2T πσ=，波速为c k σ=，传播方向为x 方向。

3、描述规则波浪运动的理论：主要有微幅波理论、有限振幅Stokes 波理论、椭圆余弦波理论，孤立波等。

4、势波理论：假定流体无粘无旋并且不可压缩，因而剪切应力为零，无摩阻损失，存在势函数，求解势波的控制方程简化为20ϕ∇=；底部边界上，法向速度为零。

流速场和压力场可分开求解.求出速度势函数φ和流速场后，由伯诺里方程求得压力场。

5．界面运动学边界条件：在流体界面上，不应有穿越界面的流动，否则界面就不能存在。

流体界面具有保持性，某一时刻位于界面上的流体质点将始终位于界面上，不能有相对法向位移，即界面上水质点运动法向速度等于界面运动法向速度。

6、线性波理论假定：波动的振幅相对于波长或水深是无限小的。

线性波水质点运动轨迹为一个封闭椭圆，其水平长半轴为a ，垂直短半轴为b 。

在水面处b ＝H/2，即为波浪的振幅，在水底处b ＝０，说明水质点沿水底只作水平运动。