波浪浅水变形实验

可渗潜堤上的波浪沿程变化实验研究【摘要】本文开展坡度为1：35复式斜坡床面上的波浪水槽试验，研究椭圆余弦波在斜坡床面上双列梯形透水潜堤的传播变形。

主要探讨其在有无潜堤在不同波高条件下的沿程变化、波浪在潜堤前后传播变形。

试图归纳其趋势，并依物理观念予以解释。

结果表明可渗潜堤对非线性波浪的耗散作用要强于其对线性波的耗散作用。

【关键词】透水潜堤；实验研究；传播变形；复式斜坡1. 前言（1）近年来，由于海洋生态、环保意识及海岸可持续发展等观念逐渐受到人们重视，工程逐渐强调结构与自然生态相和谐，诸如透水潜堤、抛石基床防波堤之类的多孔介质结构成为工程选择的主要结构型式之一。

（2）潜堤是一种常用的护岸建筑物，对此许多学者开展了大量的研究工作。

D.-S.Jeng[1]等试验研究波浪越过孔隙海床上垂直的防波堤前坡度为1：1的可渗梯形潜堤时孔隙压力的变化。

M.G.Muni Reddy[2]等结合试验用有限元方法研究直墙前可渗梯形潜堤周围的波浪力变化。

陈智杰[3]，周援衡[4]等开展了平底上可渗潜堤数值模拟和实验研究工作。

随后，斜坡上潜堤的研究工作也开展起来，陈杰和蒋昌波等分别研究了斜坡上单潜堤的透射系数[5]、传播变形[6，7]、波能演化[8]、潜堤附近的水动力特性[9，10]等，曹永港[11]在此基础上研究了斜坡上双潜堤的情况，但是其研究均为不可渗潜堤情况。

因此，本文在其研究基础上，开展斜坡上双列可渗潜堤实验研究。

2. 实验布置与实验方法（1）已有研究文献分析可知，影响波浪在潜堤上传播变形的因素很多，包括底床坡度与水深等地形条件、周期与波高等波浪条件、堤宽堤高与多列排列等潜堤的形状条件、及潜堤的孔隙与材料特性等。

本研究主要目的在研究通过复式斜坡上双列可渗梯形透水潜堤的波浪变形，通过复式斜坡上定床水槽试验，测量不同周期、不同波高的入射波穿过潜堤模型的不同堤顶没水深度的时变形情况，并探讨其对潜堤消波特性的影响。

（2）实验在长沙理工大学水利工程学院的港航中心实验室波浪水槽内进行。

孤立波近岸传播与浅水效应的实验与数值分析HE Guanghua;YOU Rui;CHENG Yongzhou;JU Xiaoqun【摘要】为了探讨海啸波近岸演变特性,本文基于模型实验和数值模拟方法,设计并进行了水槽实验,模拟了孤立波产生、传播及近岸变形的过程.本文对实验模型的设计和布置进行了总体介绍,通过改变孤立波初始波高,探究了波高对孤立波在长缓坡上的传播变形和破碎的影响,对实验数据进行分析处理,并与基于形线约束插值(CIP)算法的数值模拟结果和其他结果进行了对比.通过研究可知:本实验具有良好的可重复性,且和数值结果吻合较好.基于CIP算法的数值模型可以模拟波浪破碎、水汽掺混等强非线性现象.孤立波在长缓坡上传播时,非线性特征发展较为充分且不断增强.波高越大,传播越快,到达峰值越快,破碎也越快.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】6页(P41-46)【关键词】孤立波;浅水效应;缓坡;破碎;实验研究;形线约束插值;强非线性【作者】HE Guanghua;YOU Rui;CHENG Yongzhou;JU Xiaoqun【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】O352孤立波是浅海水域中经常出现的一种波动现象，由海啸或地震等现象造成水体巨大位移而形成，因此孤立波常用来描述海啸波的特性，尤其是浅水区域的海啸波。

海啸波近岸传播的过程及其近岸变形(含破碎、翻卷等)等研究对近海工程的防灾、减灾具有十分重要的意义。

海啸是十分复杂的非线性水波运动问题，在数学上极难解析求解，因此物理实验研究被广大学者所采用。

孤立波的实验造波方法大致可分为3类：1)重物的下坠或滑入；2)水槽底部的抬升；3)推板式造波机造波。

He等[1]采用数值水槽对多种推板式造波机造孤立波方法进行了研究。

文献[2-5]对孤立波近岸传播的变形演化、爬高、破碎、翻卷进行了实验研究。

Li 等[6]在水槽中进行了孤立波实验，记录分析了在斜坡坡度为1∶15时不同初始波高的孤立波爬坡破碎的过程，并将实验数据与数值模拟相对比。

1.波浪折射：波浪斜向进入浅水区后，同一波峰线不同位置将按照各自所在地点的水深决定其波速。

处于水深较大的位置波峰线推进较快，处于水深较小的位置推进较慢，波峰线因此弯曲并逐渐趋于与等深线平行，波向线趋于垂直于岸线，波峰线和波向线随水深变化而变化的现象
2.斯奈尔定律：波数沿岸线方向的投影为常数
意义：将波向的变化与波速的变化建立起了联系
范围：平直和相互平行等深线的均匀海滩
3势波运动的控制方程： 02222=∂∂+∂∂z
x φφ底部边界条件：0=∂∂z φ，z= -h 处 4.波能流：通过单宽波峰线长度的平均能量传递率
5.浅水变形：波浪进入浅水区后波高会发生变化
6.辐聚：在海岬岬角处，波向线将集中Kr>1，波高因折射而增大
7.辐散：在海湾里|，波向线将分散，Kr<1,波高将因折射而减小
8.波浪绕射：波浪在传播中遇到障碍物时，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，并在掩蔽区发生波浪扩散
9.波陡极限条件：波峰上的水质点水平轨迹速度刚好等于波速
10.波浪破碎类型1.崩破波：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形
2.卷破波：波的前沿不断变陡，最后波峰向前大量覆盖，形成向前飞溅破碎，并伴随着空气的卷入。

3.激破波：波的前沿逐渐变陡，并在行进途中从下部开始破碎，波浪前面大部分呈非常炸乱的状态，并沿斜坡上爬
11.波浪的增水减水：波动水面的时均值相对于静止水面的离值dx d h g dx d S xx ηηρ)(+-= 在破波带外的浅水区，波高随水深的减小而增大，因而辐射应力也沿程增大，即。

波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:在海洋学和物理学中，波的传播是一个重要而广泛研究的领域。

波的传播特点受到水深的影响，尤其是当波从深水区传播到浅水区时，会发生传播方向的改变。

这一现象引起了人们的兴趣和研究，本文将深入探讨波从深水区到浅水区改变传播方向的发生机制和意义。

深水区是指水深较深的水域，波在这种环境下传播呈现出一系列特点。

例如，深水区的波具有较大的波长和波速，在传播过程中能够保持稳定的传播方向。

然而，当波遇到水深减小的浅水区时，波的传播特点会发生明显的变化。

浅水区是指水深较浅的水域，波在这种环境中传播的过程中受到底床的影响。

由于底床的阻碍，波的速度变慢，波峰和波谷受到阻力的作用而变形。

当波进入浅水区时，波的传播方向会发生改变，通常是朝近岸的方向传播。

波从深水区传播到浅水区改变传播方向的现象是由波的传播特性和水深变化造成的。

在深水区，波的传播和体积运动主要是由重力作用引起的。

然而，在浅水区，底床的摩擦力和阻力开始影响波的传播。

这种变化导致在波前进的过程中，波前部分因与底床的摩擦力受到阻碍而减速，而波后部分则继续向前传播，从而导致整个波前发生了方向的改变。

波从深水区到浅水区改变传播方向的现象不仅在海洋学中有重要意义，也在其他领域有着广泛的应用价值。

对于海岸防护工程的设计和实施来说，深入了解波的传播特性以及波在不同水深环境下的行为是至关重要的。

此外，对于海洋交通、水力工程、河道工程等领域也有着重要的指导意义。

通过深入研究波从深水区到浅水区改变传播方向的现象，我们可以更好地理解海洋环境中的波动现象，并为相关工程和海洋活动提供科学依据和技术支持。

在本文的后续章节中，我们将进一步讨论波的传播特点、改变传播方向的原因以及对该现象的应用与意义进行更加详细的阐述。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：1.2 文章结构本文将分为三个主要部分来探讨波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象。

波浪浅水变形实验一. 实验目的和意义在近岸动力场中，海浪极富变化性，它们一直是施加在任何海岸建筑物上最重要的环境荷载，所以，掌握其在近岸水域里的演变规律，较之于外海水域，显得更为重要和急需。

因此，对波浪浅水变形规律开展研究具有重要的理论意义和应用价值。

二. 实验概述实验在长沙理工大学云塘校区水利实验中心的波浪水槽内进行。

所用的波浪水槽长45米，宽0.8米，高1.0米，波浪水槽两侧为透明玻璃，两端均有良好的消波设施，水槽配有液压伺服式不规则波造波机，其主控系统是大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室自行研究开发的Wavemake系统，该系统运行状态良好，精确度高。

，仪器测量误差为0.4%。

数据实验中的波高测量采用加拿大WG-50型号浪高仪，该仪器最小测量周期为1.5s采集采用优泰(UTekL)信号采集分析系统。

实验布置如图1所示，实验在斜坡上进行，在水槽内布置4个浪高仪，斜坡前2个，测量入射波。

斜坡上2个，测量波浪的浅水变形。

图1 实验布置示意图三. 实验内容和步骤1. 布置实验设备，布置浪高仪。

2. 建立坐标系，选择坐标系原点，波浪传播方向为x轴正方向，垂直方向为z轴正方向。

运用卷尺测量4个浪高仪所在的位置，并且得出相应的位置坐标。

绘出实验布置图，得出浪高仪位置表1。

表1 浪高仪位置浪高仪坐标1# 2# 3# 4#X(m)3. 运用水位测针测量实验水深d。

测量斜坡的坡度。

4. 入射波为规则波。

选择造波参数（波高、波周期），参数分两组选取：周期T相同，波高H不同；波高H 相同，周期T不同。

表1 造波参数表5. 开始造波，从造波机造出的前四至五个波一般为不稳定波，将其忽略掉后再开始采集数据。

6. 同时观察并记录水质点的运动轨迹和波浪在斜坡上传播变形以及破碎的现象，记录波浪的破碎类型，采集完毕后停止造波。

保存数据。

7．选取新的造波参数（波高、波周期），重新开始实验，至少进行2组实验。

四. 实验数据分析1．波面变化分析。

随着全球气候的变化和海平面上升问题日益严峻，一些地处热带和亚热带的被珊瑚礁环绕的低海拔岛屿国家，面临的由风暴潮和极端波浪事件引起的洪涝灾害风险与年俱增（Grady et al ，2013）。

同时，这些岛礁沿岸地区通常人口比较稠密，建筑材料的供需矛盾问题日益突出，因此在珊瑚礁坪上采掘珊瑚砂成为一种可行性高、成本相对较低的工程解决措施（Ford et al ，2013）。

典型的珊瑚礁地形人工采掘坑影响下珊瑚礁海岸波浪传播变形试验陈仙金1，姚宇1，2，张起铭1，唐政江1（1.长沙理工大学水利工程学院，湖南长沙410114；2.水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室，湖南长沙410114）摘要：基于礁坪上高分辨率的波浪测量，通过波浪水槽试验分析了短波、低频长波、平均水位、波形参数和非线性参数的沿礁变化规律，重点探讨礁坪中部存在人工采掘坑对上述波浪传播变形特征的影响，并与无坑的情况进行对比。

研究表明：当人工采掘坑存在时，短波波高在坑前和坑内分别增大和减小，在礁后岸滩附近却无显著变化；低频长波波高在坑附近变化不大，在岸滩附近却略微减小；波浪增水在坑和岸滩附近均无显著变化。

采掘坑存在的情况下，波浪的偏度和不对称度在坑附近分别减小和增大，而厄塞尔数在坑附近却几乎不变。

相关性分析发现低频长波的产生机理几乎不受采掘坑的影响，采掘坑的存在增加了低频长波的反射，破坏了礁坪的共振模式，从而使低频长波在岸滩附近有所削弱。

关键词：采掘坑；珊瑚礁；传播变形；不规则波；礁坪共振中图分类号：P731.22；TV139.2文献标识码：A文章编号：1001原6932（圆园21）02原园224原08收稿日期：2020-10-09；修订日期：2021-01-05基金项目：国家自然科学基金（51979013；51679014）作者简介：陈仙金（1995—），硕士研究生，主要从事近海水动力学研究。

电子邮箱：*************************通讯作者：姚宇，博士，教授。

滩地红树林引起的波浪衰减特性实验分析沈颖;刘洁【摘要】根据中国南海红树林的外形特征,将桧柏树枝按照一定几何比例修剪,在波浪水槽中测试不同水深和波浪条件下,波浪通过不同宽度淤泥质滩地、平底有植物滩地和斜底有植物滩地的衰减率.结果表明有植物覆盖的滩地的消波效果约为淤泥质滩地的3-4倍;随着水深增加淤泥质滩地的波浪衰减率减小,而有植物覆盖的滩地的衰减率增加;植物带宽度为150cm的衰减率是宽度为45 cm时的2倍,且坡度为1∶25的斜底消浪效果略好于平底情况.选取影响波浪衰减的最主要因素水深、波高、波浪周期及植物带宽度等作为基本量,将其无量纲化,并根据实验数据进行多元回归分析,得到消浪系数公式.实验结果对建设防浪林有一定指导意义.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)022【总页数】5页(P100-104)【关键词】红树林;波浪衰减;多元线性回归【作者】沈颖;刘洁【作者单位】重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心,重庆400074;天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TV139.25红树林是位于热带与亚热带地区潮间带处的一种特殊生态系统，在海洋和陆地之间形成一种天然的重要屏障，在消减波浪[1，2]和维持海岸稳定[3]方面发挥着极其重要的作用。

目前，研究红树林引起的波浪衰减主要有三种方法：现场测量、数值分析以及物理实验模拟。

因红树林生长环境的特殊性，现场测量代价较大，故现场测试数据不多[1，2,4—6]，且相关研究主要是在测得波浪要素和红树林基本参数的基础上，研究不同因素对于波浪衰减率的影响的定性分析。

数值模拟分析中一般将红树林简化为刚性圆柱体，通过在波浪数学模型中引入植物引起的波能耗散系数来做计算分析[7—9]。

该法不受观测设备和实验场所的限制，但需要红树林的准确生态几何特征参数，然而由于这些参数的实测数据的缺乏，限制了其结果的普遍应用。

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。

海堤波浪浅水变形的简化计算黄朝煊;袁文喜;方咏来;翁葆忠【摘要】The deformation wave height of the seawall waves in shallow water of Zhejiang region is researched. Based on the Zhejiang Seawall Engineering Technical Requirements and Calculus Principle, we derive the analytic formula for calculating directly the shallow water waves deformation, and study the shallow water deformation under the flat-bottomed sea bed, single slope of the sea bed, the segmented polyline sea-bed and three parabolic curve sea-bed waves, and give the analytical expressions for the concise calculation, to serve as reference for the engineering design and improve the design efficiency. It is verified by project examples that the precision of wave height calculation fully meets the engineering requirement.% 对浙江地区海堤工程涉及的波浪浅水变形计算问题进行了分析研究，基于《浙江省海塘工程技术规定》及微积分原理，推导了波浪浅水变形后的波高直接计算解析式，并对平底海床、单斜坡海床、分段折线海床及三次抛物曲线海床情形下的波浪浅水变形计算进行了研究，分别给出了简洁计算解析式，以便于工程师计算参考，达到提高设计进度的目的。

浅水极限波浪几何特征的实验研究陈洪洲;马玉祥;马小舟;董国海【摘要】该文通过物理模型实验,对浅水区域内的波浪在破碎前极限状态下的几何特征进行了研究.实验基于JONSWAP谱对不规则波浪进行模拟,通过对波群中出现的单体极限波浪进行捕捉并对波形进行测量而得到研究样本.为了考察底坡因素对极限波浪几何特征的影响,实验共考虑了3组大小分别为β=1/15、1/30以及1/45的地形坡度.统计结果表明,在实验所采用的坡度范围内,当地波高与水深对近岸极限波浪的影响最为显著,随着水深与波高因素变化,极限波浪的几何特征也出现明显的改变.坡度因素对极限波陡和偏度的影响很小,可以被忽略,但是对不对称度参数的影响相对比较明显,坡度越陡,不对称程度越剧烈.最后,通过参数化,本文给出了极限波浪几何特征变化的经验公式.%Physical experiments were carried out in a wave flume to examine the geometric characteristics of limiting gravity waves propagating in shallow water.Several random wave trains varying height and peak frequency were generated using JONSWAP spectra.Three bottom slopes (1/15,1/30,1/45) were installed in the wave flume and the influence of slope bottoms were also considered.Limiting waves were captured from the measured wave trains and the geometric characteristics of its waveform were analyzed.It is found that in the range of bottom slope adopted in this experiment both initial wave heights and local water depth have significant influence on the limiting characteristics of shallow water waves.With the influence of these factors,the geometric of extreme waves are developed.The bottom slopes effect to the limiting steepness and skewness could be neglected,however,it has obvious influence to thelimiting wave asymmetry.It will show a more severe asymmetry when waves are on a steeper bottom.Furthermore,the empirical formulae regarding the relationships between geometric characteristics and thelocal nondimensional wave height were derived.【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷),期】2017(039)002【总页数】7页(P105-111)【关键词】浅水波浪;极限波陡;偏度;不对称度;参数拟合;实验研究;地形坡度【作者】陈洪洲;马玉祥;马小舟;董国海【作者单位】大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】TV139.2+5波浪在近岸区域传播过程中，随着水深变浅，非线性增强，其前倾的幅度逐渐增大，最终会导致波浪以卷破形式发生破碎。