港口航道与海岸工程-海岸动力学：海岸动力学 习题复习资料 知识点总结

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。

3. 波能流：通过单宽波峰长度的平均能量传递率称为波能流，其单位是W/m4. 辐散和辐聚：在海岬岬角处，波向线将集中，这种现象称为辐聚；在海湾里，波向线将分散，这种现象称为幅散。

5. 辐射应力：是波浪运动引起的剩余动量流。

是作用于垂直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时均值，其单位是N/m6. 波的弥散（色散）现象：当水深给定时，波的周期越长，波长亦越长，波速亦越大，这样就是不同波长的波在传播中逐渐分离开来，这种不同波长（周期）的波以不同波速传播最后导致波的分散现象1.“一线”模型的基本假定是什么？ 答：“一线”模型又叫一线理论，所谓一线就是指岸线。

一线模型指研究岸线的变化，认为泥沙的横向运动只是吧泥沙在近岸区来回搬运，从较长时间看并不影响岸线的平均位置，假定岸滩的断面形状始终维持其平衡剖面而不发生变化，岸线位置变化时，岸滩平衡于该剖面前进或后退。

2.简述沙纹的形成机理。

答：沙纹是近底水流不稳定的产物。

一旦沙纹形成后，沙纹背后的漩涡就起到维持沙纹的作用。

随着水流的加强，沙纹的陡度趋于减小，直至纹沙顶峰完全被水流冲刷掉。

3.“风暴剖面”与“常浪剖面”各是如何组成的，它们各自的特征是什么？答：风暴剖面是指在风暴盛行期间，海滩上部被侵蚀，泥沙被搬运到离岸区堆积而形成的剖面形状。

它是以形成沙坝为主要特征。

常浪剖面是指当风暴季节过去，海面处于相对平静期时入射波浪相对较小，这时淤积在离岸区的泥沙逐渐被波浪推移而向岸输运。

这写泥沙在岸边堆积逐渐形成滩肩。

如果平静足够长，则风暴期间形成的沙坝可能完全消失，泥沙被全部推回。

形成光滑而有较宽滩肩的常浪剖面。

它的主要特点是光滑而有较宽滩肩。

4.试比较微幅波与斯托克斯波的波形和水质点运动轨迹。

答：波形比较：微幅波波形峰谷对称于静水面，斯托克斯波波峰处δπηH H c 42+=，波面比微幅波抬高了δπH 4，因而变得尖陡，波谷处，δπηH H t 42+-=，波面也比微幅波抬高了δπH 4，因而变得平坦，峰谷不再对称于静水面。

随着波陡增大，抬高值也增大，峰谷不对称将加剧；水质点运动轨迹比较：微幅波水质点运动轨迹是封闭的椭圆，而斯托克斯波水质点运动轨迹是不封闭的。

5.波浪斜向入射，波浪动量流（辐射应力）沿岸分量在通过破波带时的变化并不能由平均水面坡降所平衡。

在沿岸方向，需要有底部剪切应力来平衡辐射应力梯度。

而时均剪应力只有在发生时均流动时才存在。

因此，处于衰减中的表面波，将沿岸波动动量转化为时均沿岸流动。

6.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速。

处于水深较大的位置的波峰线推进较快，处于水深较小的位置推进较慢，波峰线，波峰线就因此而弯曲并逐渐趋于与等深线平行，波向线则趋于垂直于岸线，波峰线和波向线随水深变化而变化的现象称为主要特征。

8.岸滩演变的三维模型基本方程是：yQ x Q t Z t hy x b ∂∂+∂∂=∂∂-=∂∂它表达的含义是：岸滩地形高程的变化，即泥沙在当地的堆积和侵蚀，完全是由纵向输沙率沿纵向（X 方向）变化和横向输沙率沿横向（Y 方向）变化所造成的。

岸滩演变的二维模型包括：1.岸滩剖面模型，是模拟横向泥沙运动引起的岸滩短期变化，其方程是：yQ t h y∂∂=∂∂ 它表达的含义：岸滩剖面的变化是由泥沙横向运动引起的，即由泥沙横向输沙率沿横向（Y 方向）变化所造成的。

2.岸滩长期演变模型，是模拟纵向泥沙运动引起的岸滩长期演变，其方程为xQ t h x∂∂=∂∂ 它表达的含义：岸滩剖面的变化是由泥沙纵向运动引起的，即由泥沙横向输沙率沿纵向（X 方向）变化所造成的。

证明题：1、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。

证明：cEcn En S xy ααααsin cos sin cos ==； 等深线相互平行=cαsin 常数； 又因为破波带外波能守恒所以()()i i a Ecn a Ecn ααcos )(cos )(00=； 因为等深线相互平行 所以i a a =0所以()()i Ecn Ecn ααcos cos 0= 所以=αcos Ecn 常数 所以xy s =常数2、试证明线性波单位水柱体内的平均势能为2161gH ρ。

证明：dxdzgz dmgz dE p ρ== ； ()t kx Hση-=cos 2；（线性波） 单宽波峰线，一个波长范围内：()L gH t x L k L gH dxt kx gH dx g gzdzdxdEp Ep LL L L 202202216122sin 41161cos 8121ρσπρσρηρρη=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=-====⎰⎰⎰⎰⎰线性波单宽水柱体内所储存的平均波浪势能为22161/)161(gH L L gH ρρ=计算：一、证明)sin(cosh )(cosh 2t kx kh z h k gH σσϕ-+=也可写成)sin(sinh )(cosh 2t kx khz h k Hc σϕ-+=证明： gktghkh =2σ c k σ= 所以tghkh cg =σ则)sin(cosh )(cosh ..2)sin(.cosh )(cosh .2t kx khz h k g c tghkh gH t kx kh z h k gH σσσϕ-+=-+==)sin(sinh )(cosh 2t kx khz h k Hc σ-+二、已知周期T=5 Pmax=85250,Pmin=76250 求当地水深和波高？ z k g Pz ηρ-= Z=-h, )cos(2t kx Hση-=1.358=L 01791.352==πk 4745.124.8179.0=⨯=kh 得H=2.11m三、波由深到浅，深水波高H0=2，T=10问传到1km 长的海岸上的波浪能量多少？解;4900812==gH E ρ m gT L 97.155220==π 6.1520==πgT C 22.3811==EC LP 413108.310⨯=⨯=P P 四、斯托克斯波附加项的振幅小于线性项的5%，问在深水最大允许波陡多大？当h/L=0.2处的最大允许波陡多大？解：1）)(2cos 4)cos(2t kx H t kx H σςπση-+-=%52/4<HH ςπ 所以032.0<ς 2）当h/L=0.2时 kh=2ππ4.0/.=L h =1.257019.0<ς五、有效波高4.7米，有效周期为4.7秒，求平均波高？大于6m 波高出现的概率？1）7.431==H H S H H 6.131= m H H 94.26.131==2）])(4exp[)(2H HH F π-= F(6)=3.8%六、证明线性单位水柱内的平均势能和动能为2161gH ρ 24.82min max =+=⇒gp p h ρtghkh gT L L k ππ2,22==3901==L L 9.33)2(2122==h L tgh gT L ππ证：dx g L E E E L P T P p 20021ηρ⎰=-= )cos(t kx A ση-=代入 得22022161)2/(41)(cos 2gH H g dx t kx g L A E L P ρρσρ==-=⎰ 七、深水波高H0=1m ，T=5s ，深水波向角045=α，计算在水深10,5,2m 处的波高解：h=10m,T=5s,得L=36.7m m gT L O 9.322==π 8.720==πgTC00L L C C = 34.7=⇒C 06110=n 0933210==⇒Cn C k s0007.41sin sin =⇒=αααC C 973.cos cos 0==ααr k m H k k H r s 91.010==八、5s 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 处可能达到的最大波高为多大？解：1)m gT L 39220==π0142)(max 00=L H 所以m L H 538.501420max 0== 2）h=10m,T=5s 得L=36.7m tghkh LH0142)(max = m L tghkh H 883.4.0142max ==九、海滩坡度1/20，深水波高H0=1m,T=5s,波浪斜向入射波向角0045=α，求破波水深及破波高。

解：m gT L 39220==π00006.17)/5.525.0(=+=L H b αα 等深线得0861cos cos 0==br k αα m kH H 861.0'00==m H L H tg H b 107.1')/'()(76.00410071==β 16.572.0=+=βγtg b m H h bbb 107.1==⇒γ塑性（液性）指数PPL P L P I I I ωωωω-=→→-=三、渗流速度 2112ln )(3.2h ht t A aL Aht VL k ki lh k v -==→→== 临界水力梯度 )1)(1(n G i S cr --= 饱和土应力 ωωγσσh u u =→→+='四、压缩系数1221p p e e a v --=模量 v S a e E 11+= H E S si σ1= 固结度U=vT m t e mS S 4222181ππ-∑-= 2HtC T V V =五、粘土灵敏度 'u ut q q S =六、朗肯：)245(2ϕ-=tg K a γγqK c Z a -=20 Ka c qK zK e a a a 2-+=γ a a K Z H E 20)(21-=γ 七、稳定系数 αϕtg tg F S =八、太沙基 c q o u cN dN bN f ++=γγγ21 有地下水，加权平均重度 )'('γγγγ-+=bh。