波浪破碎引起能量损失波高减小对于均匀底坡沿岸流V与当地时均
海岸动力学复习提纲
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。
上海海事大学港航海岸动力学
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。
波浪动力因素变化对沙质岸滩演变的影响
波浪动力因素变化对沙质岸滩演变的影响
波浪动力是指海浪对岸滩的冲刷和侵蚀作用。
因此，波浪动力因素变化会对沙质岸滩的演变产生重要影响。
以下是一些常见的波浪动力因素及其对岸滩演变的影响：
1. 波高：波高是指海浪的垂直高度。
较高的波浪会带来更强的冲刷力，可引发沙滩的退却和侵蚀，特别是在暴风影响下。
反之，较低的波浪会减弱冲刷力，有利于沙滩的积聚和成长。
2.波周期：波周期是指两个相邻波峰的时间间隔。
较短的波周
期会增加波浪的冲刷力，导致沙滩的侵蚀和退却。
而较长的波周期则减弱了冲刷力，有利于沙滩的积聚和成长。
3. 波浪方向：波浪的方向决定了波浪对岸滩的冲刷作用的方向。
当波浪持续冲击同一方向时，会引发沙滩的侵蚀和退却。
然而，当波浪方向发生变化时，会使得沙滩发生移动和重新分布，可能导致岸滩沙质的重新堆积。
4. 波浪能量：波浪能量是指波浪对岸滩的能量传递。
较大的波浪能量会带来更强的冲刷力，促使沙滩的退却和侵蚀。
而较弱的波浪能量则减弱了冲刷力，有利于沙滩的积聚和成长。
总的来说，波浪动力因素的变化会直接影响沙质岸滩的演变。
不同的波浪特征和能量传递方式会导致岸滩的侵蚀或积累，从而影响沙滩的位置和形态。
在实际应用中，了解并考虑这些波浪动力因素对岸滩演变的影响，有助于有效的管理和保护沙质岸滩资源。
海岸动力学——精选推荐
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。
水利工程波浪力对堤坝冲刷破坏的影响
水利工程波浪力对堤坝冲刷破坏的影响水利工程中的波浪力对堤坝冲刷破坏的影响引言：水利工程对于社会的发展和人民的生产生活起到了至关重要的作用。
然而，水利工程在长期的使用过程中，常常面临着波浪力对堤坝冲刷破坏的问题。
本文将探讨水利工程中波浪力对堤坝冲刷破坏的影响。
一、波浪力的形成与作用机理在水利工程中，波浪力是由风引起的水面波浪对堤坝产生的力。
当风吹过水面时，会形成波浪，并产生波浪力。
波浪力的作用机理主要有以下几个方面：1.1 波浪力的产生波浪力主要是由风对水面产生的扰动所引起的。
风会使水面产生起伏波动，形成波浪。
波浪力是波浪在堤坝表面施加的压力，由风速、波高和波浪周期等因素决定。
1.2 波浪力的传递波浪力通过波浪的传播，向堤坝表面传导。
在波浪传播过程中，波浪力会受到水的黏性、底面摩擦力等影响，逐渐减小。
但即使在传播到堤坝处时，波浪力仍然具有较大的作用。
1.3 波浪力对堤坝冲刷破坏的影响波浪力对堤坝的冲刷破坏主要体现在以下几个方面：1.3.1 冲刷沉积波浪力对堤坝表面的沉积物产生冲刷破坏。
在波浪力的作用下，沉积物会被冲刷走，使得堤坝表面的颗粒材料逐渐减少，从而降低了堤坝的稳定性。
1.3.2 风浪冲刷波浪力对堤坝表面的冲刷作用也会加速堤坝的破坏。
堤坝表面受到波浪力的冲击，会加速表面的磨损和破坏，从而使堤坝的强度和稳定性降低。
1.3.3 材料疲劳波浪力还会对堤坝材料的疲劳产生影响。
长期的波浪冲击会使得堤坝材料发生疲劳破坏，进而加速堤坝的破坏。
二、减缓波浪力对堤坝冲刷破坏的方法为了减缓波浪力对堤坝的冲刷破坏，水利工程中采用了一系列的措施：2.1 增加堤坝高度增加堤坝的高度可以减小波浪力的影响。
通过增加堤坝的高度，可以降低波浪力对堤坝表面的冲击力，从而减缓冲刷破坏的程度。
2.2 增加堤坝宽度增加堤坝的宽度也可以减小波浪力对堤坝的影响。
通过增加堤坝的宽度，可以增加表面积，分散波浪力对堤坝的冲刷作用，减小冲刷破坏的程度。
波浪——精选推荐
第3章波浪海洋运动可按周期性与非周期性运动区分，也可按大尺度、小尺度、高频、低频运动来区分。
周期性运动有风浪、涌浪、潮波等。
由海表面风应力产生的风浪是空间小尺度、高频周期性运动。
涌浪是远处扰动产生的波浪，在传播过程中已滤掉了高频的、小尺度的波动。
潮波则是由天体引潮力产生的外重力长波的传播，较之于风浪，属大尺度、低频波动。
3.1波浪参数的定义波浪为机械能通过水体的传播，是能量而不是水体随着波速传播，这个现象是容易观测到的。
观测一个漂浮瓶子，随着每个波的经过而上下浮动，我们可以发现波能通过海表面快速的水平传播，但漂浮瓶子自身只作上下运动。
在开阔大洋，瓶子在垂向做圆周运动。
在浅海地区，例如大陆架坡，在垂直方向作椭圆运动。
我们在水中实际看到的是波能驱动水体的形态或者波形。
每个波形有一些确定的性质。
5个典型的参量用来描写海洋波浪，它们是（1）波长L；（2）周期T；（3）水深D；（4）波高H；（5）波速C(相速)；波长L：波形上任意两个相似点之间的距离，例如两个连续的波峰和波谷。
波长测量需平行于波的传播方向。
周期T：某个参考点两个连续波峰通过所需的时间间隔。
波高H：从波峰到波谷测量的垂向距离。
水深D：从波谷到海底的水深。
波速C：波的传播速度，它为波长／周期，即C=L/T；这5个参量定义示意图见图3.1。
波的运动轨迹如图3.2所示。
图3.1 波参量图3.2波的轨迹运动3.2风浪(wind-generated waves)形成：由移动空气（风）向水体传输能量，形成于海表面。
尺度：风产生波的范围由毛细波（最小波）到飓风产生巨浪。
最小的波，如毛细波，周期小于1/10s，波长小于2cm。
这些波可以在非常平静的海面和湖面上，被一阵风初始扰动后观测到。
风和风浪之间的关系：风浪的高度和周期是三个因子的函数：（1）风速；（2）风期；（3）风区（风吹在海面上的距离），见图3.3图3.3影响风浪高度和周期的因子：风区，风速和风期。
第三章_近岸波浪流
时均流速为零，底摩 阻和紊动应力消失，
二、破波带外的减水和破碎带内增水 在破波带外的浅水区，波高随水深减小而增大， 因而幅射应力也沿程增大
d d S xx g( h ) dx dx
量流。辐射应力理论澄清了沿岸流形成的力学机理，在 波浪增减水和近岸流系研究中得到广泛应用。本章首先 导出基于辐射应力理论的近岸流控制方程，然后讨论近 岸区水面变化和近岸流场。
~ uU u
~ u 0
2 ~ u U u 2 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 第二节
将流体力学质量守恒方程和二个水平动量方程沿水 深积分进行波周期平均，得到描述近岸时均流场的平面 二维近岸流方程.
变和污染物搬运过程。对砂质海岸岸线变化起主导作用 近岸流的净流速不大，但其输送的是由波浪振荡流搅动 后的泥沙。 近岸泥沙输移模式:
的是破碎波引起的沿岸流和与之相关的离岸流和向岸流。
波浪振荡流掀沙, 近岸流输沙
~ uU u
~ u 0
2 ~ u U u 2 2
幅射应力定义为波浪运动引起的波周期时均剩余动
流体力学方程(关于u,v)
沿水深积分 进行波周期平均， 平面二维近岸流方程(关于U,V) 求解近岸时均流场U,V
~ 2 的相 含有与 u 关项(幅射应力)
~ uU u
~ u 0
uU v V
~ v V v
2 2
~ v 0
2 ~ u U u
~ ~ uv UV u v
U ( h ) V ( h ) 0 t x y
第三节 一、 波浪传播到浅水区，由于浅水变形和波浪破碎引起的 波高变化， 幅射应力的沿程变化， 时均水面的变化. 增水和减水是指波动水面时均值相对于静止水面的偏 离值。 考虑波浪正向入射，平直岸线、等深线与岸线平行 的一维情况，这时时均流速为零，相关的底摩阻和紊动 应力消失，x
波浪荷载计算
整理后：波浪荷载的计算理论波浪是发生在海洋表面的一种波动现象，其波动性质因受浅水区域海底地形影响和水深的变浅，发生波浪破碎现象，成为影响海岸侵蚀和变形以及海岸带污染物迁移与扩散的最主要的水动力环境之一。
破浪破碎与冲击现象对海上工程设施的安全也十分重要。
由于波浪破碎及冲击作用的机理极其复杂，至今仍然是海岸工程领域没有解决的困难课题之一。
因此，开展近海波浪破碎与冲击过程数值模型的研究，就有着重要的理论意义和工程意义。
波浪荷载,也称波浪力，是波浪对港口码头和海洋平台等结构所产生的作用。
目前按绕射理论进行分析。
波浪对结构物的作用由四部分组成：水流粘性所引起的摩阻力（与水质点速度平方成正比）；不恒定水流的惯性或结构物在水流中作变速运动所产生的附加质量力（与波浪中水质点加速度成正比）；结构物的存在对入射波浪流动场的辐射作用所产生的压力和结构物运动对入射波浪流动场的辐射作用所引起的压力。
包括上述全部作用影响的波浪力理论称为绕射理论。
在目前实际工作中，常用只考虑了结构受到波浪摩阻力和质量力影响的半经验半理论的莫里森（Mrison）方程分析波浪力。
波浪荷载是由波浪水质点与结构间的相对运动所引起的。
波浪是一随机性运动，很难在数学上精确描述。
当结构构件（部件）的直径小于波长的20％时，波浪荷载的计算通常用半经验半理论的美国莫里森方程；大于波长的20％时，应考虑结构对入射波场的影响,考虑入射波的绕射,计算时用绕射理论求解。
影响波浪荷载大小的因素很多，如波高、波浪周期、水深、结构尺寸和形状、群桩的相互干扰和遮蔽作用以及海生物附着等。
波浪荷载常用特征波法和谱分析法确定。
对一些特殊形状或特别重要的海洋工程结构，除了用上述的方法进行计算分析外，还应进行物理模型试验，以确定波浪力。
①特征波法。
选用某一特征波作为单一的规则波，并以它的参数（有效波高、波浪周期、水深）和结构的有关尺寸代入莫里森方程或绕射理论的公式，求出作用在结构上的波浪力。
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浅水近似
1 H2 16 h
在破波点，减水值最大
1 1 2 1 b b H b b hb H b 16 16 20
破波带内，波浪破碎发生能量损失，幅射应力沿程减 小，引起增水现象。 破碎后的波高 3 3 S xx E g 2 ( h )2 H (h )
二、床面阻力项 平均流和波浪质点速度共存时，时均床面阻力
Cf VV
~ U u cos( t ) cos U u m V ~ V v V um cos( t ) sin
假定入射角很小，即sinα≈0，cosα≈1， 纯沿岸流时U＝０，总的速度近似为
d d S xx g( h ) dx dx
波浪增减水方程表示辐射应力梯度和水面坡降力之 间的静态平衡，幅射应力的变化会引起时均水面的变 化。
时均流速为零，底摩 阻和紊动应力消失，
二、破波带外的减水和破碎带内增水 在破波带外的浅水区，波高随水深减小而增大， 因而幅射应力也沿程增大
( UVD) ( V 2 D ) gD ( S xy S yy ) ( Txy Tyy ) (yb ) x y y x y x y
水面坡降
辐射应力梯度
紊流应力
床面切应力
波浪辐射应力梯度是驱动时均流动和时均水面变化 的主导作用力。
0 t
自由表面上没有平均 y
U (h ) V (h ) 0 x y
2 (b) ( U D) ( UVD) gD ( S xx S yx ) ( Txx Tyx ) x x y x x y x y
D h
求解近岸流场问题中，近岸各点水深和波浪条件包 括波高、波向角及周期应预先给定，以计算辐射应力项。
深水波要素 近岸区波浪要素 辐射应力
浅水变形、折射、绕射、 反射理论、波浪带内能 量耗散模型
作为近岸流场计算的输入条件
方程中时间变化项的时间尺度远大于波周期，它表 示的是波浪条件(浪高、周期等)随时间变化引起的近岸 流场的变化过程。在实际应用中，可引入一些简化假定。 假定流浪条件是稳定的，因而近岸流也是稳定的
海 岸 动 力 学 3
第三章
近岸波浪流
第一节、概述 第二节、近岸流控制方程 第三节、波浪增水和减水 第四节、平直岸滩的沿岸流
第一节 概 述
近 岸 区 流 动
海流 潮流 风吹流 波导流
海岸流 近岸流
本章讨论的近岸流是指与波浪作用有关的波周期时均流.
近岸流
向岸流 沿岸流 离岸流(裂流)
近岸流研究目的:预测近岸流引起的泥沙搬运、岸滩演
2 ( ) (b) ( UD) ( U D S xx ) ( UVD S yx ) gD Txx Tyx x x t x y x x y
2 ( VD) ( UVD S xy ) ( V D S yy ) gD Txy Tyy (y ) (yb ) t x y y x y
流体力学方程(关于u,v)
沿水深积分 进行波周期平均， 平面二维近岸流方程(关于U,V) 求解近岸时均流场U,V
~ 2 的相 含有与 u 关项(幅射应力)
~ uU u
~ u 0
uU v V
~ v V v
2 2
~ v 0
2 ~ u U u
~ ~ uv UV u v
U ( h ) V ( h ) 0 t x y
d d S xx g( h ) dx dx
h h
d 1 dS xx dx gh dx
dS xx 0 dx
d 0 dx
在深水中波浪增减水消失, 下 ，即发生减水现象。
, 故 0 在静水面以
1 H 2k 减水公式 8 sinh 2kh
第三节 波浪增水和减水 一、 一维波浪增减水方程 波浪传播到浅水区，由于浅水变形和波浪破碎引起的 波高变化， 幅射应力的沿程变化， 时均水面的变化. 增水和减水是指波动水面时均值相对于静止水面的偏 离值。 考虑波浪正向入射，平直岸线、等深线与岸线平行 的一维情况，这时时均流速为零，相关的底摩阻和紊动 应力消失，x方向动量方程式简化为
~ u ~ v
u cos( t ) V m V
假定沿岸流速度运小于波浪质点速度，沿岸方向(y向) 的床面阻力
(b) y
2
C f umV
三、侧向紊动掺混项
作用在水柱体侧面上的紊动应力又叫侧向混合应力， 主要是由波浪破碎产生的强烈紊动在相邻水体间产生动 量交换引起的。紊动动量的交换使流速分布趋于均匀光 滑，引起流速再分布。 根据紊流理论，动量交换通常可表示为速度梯度和 动量交换系数(或紊动粘滞系数)的乘积
量流。辐射应力理论澄清了沿岸流形成的力学机理，在 波浪增减水和近岸流系研究中得到广泛应用。本章首先 导出基于辐射应力理论的近岸流控制方程，然后讨论近 岸区水面变化和近岸流场。
~ uU u
~ u 0
2 ~ u U u 2 2
第二节 近岸流控制方程 一、近岸流质量和动量守恒方程 将流体力学质量守恒方程和二个水平动量方程沿水 深积分进行波周期平均，得到描述近岸时均流场的平面 二维近岸流方程.
变和污染物搬运过程。对砂质海岸岸线变化起主导作用 近岸流的净流速不大，但其输送的是由波浪振荡流搅动 后的泥沙。 近岸泥沙输移模式:
的是破碎波引起的沿岸流和与之相关的离岸流和向岸流。
波浪振荡流掀沙, 近岸流输沙
~ uU u
~ u 0
2 ~ u U u 2 2
幅射应力定义为波浪运动引起的波周期时均剩余动