《海岸动力学》
海岸动力学内容汇总
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：波浪的作用，波浪是引起海岸变化的主要原因；海岸波生流：斜向入射的波浪进入海滨地带后，在破波带引起一股与岸线平行的平均流，即沿岸流。
波浪在传向海岸的过程中会导致海岸水域出现流体质量的汇聚，这包括波浪由离岸水域传入破波带伴随着质量输移流向海岸汇集；方向相对的沿岸流在交汇点产生流体质量汇聚。
《海岸动力学》课件
实验结果与分析
01 02 03
结果分析
分析潮汐和波浪对海岸的影响机制 。
研究海岸物质的迁移模式与潮汐、 波浪的相互关系。
06
海岸动力学的未来发展
海岸动力学的前沿问题
极端气候和海平面上升的影响
研究极端气候事件对海岸带的影响，以及海平面上升对海岸动力过程、海滩演变和沿海工 程设施的影响。
海洋酸化的影响
实验方法与步骤
• 重复进行多次实验，以获得可靠的实验结果。
实验方法与步骤
使用专业软件进行数据处 理和分析。
对采集的数据进行整理和 筛选。
数据分析
01
03 02
实验结果与分析
潮汐对海岸的影响
潮汐周期与海岸物质的迁移模式之间的关系。
波浪能量耗散
波浪在传递过程中能量损失的规律。
实验结果与分析
• 近岸流速分布：潮汐和波浪共同作用下近岸流速的分布情 况。
数值求解方法
数值求解是解决偏微分方程的重要手段，通过数值方法可以将偏微分方程 转化为离散点上的数值计算。
常见的数值求解方法包括有限差分法、有限元法、谱方法等，每种方法都 有其适用范围和优缺点。
选择合适的数值求解方法需要考虑模型的复杂性和计算精度要求，以及计 算资源的限制。
模型验证与比较
01
模型验证是确保模型准确性的重要步骤，通过与实际观测数据 进行比较，可以评估模型的可靠性和精度。
研究海洋酸化对海岸带生态系统、沉积物化学和矿物学的影响，以及这些变化如何影响海 岸动力过程。
海洋垃圾和塑料污染
关注海洋垃圾和塑料污染对海岸带生态系统和环境的影响，以及如何通过减少垃圾排放和 加强废弃物管理来减轻这些影响。
海岸动力学的研究趋势
海岸动力学
简介1.基本概念8.0.8.0。
潮汐动力因素：风，浪和当前海岸线变化，泥沙运动，海滩轮廓变化，海岸线变形，沿海动力学沿海地区：基于海岸线，沿海地区在等压线-10m 或-15m范围内。
海岸线可分为①潮上带②潮间带③潮下带。
海岸线被称为沿沿海海滩和春季潮的平均高潮面相交的海岸线。
潮上带：高于平均高潮的潮间带：介于平均高潮和平均低潮之间；潮下带：低于平均低潮；2.海岸类型：①基岩海岸基岩海岸主要由岩石组成，具有良好的地质条件，是港口建设的好地方。
②沙质海岸的沉积物粒径为0.06mm <d <2mm，海滩剖面较陡，坡度大于1：1000。
波浪对其的影响主要是迁移。
它的主要功能是旅游。
③淤泥质海岸淤泥质海岸由粒径小于0.06mm的淤泥组成。
潮间带较发达，缓坡为1：500〜1：2000。
它主要用于开垦和繁殖。
④生物海岸包括1.红树林海岸和2.珊瑚礁海岸。
1.红树林海岸：红树林被公认为“天然海岸警卫队”。
中国的红树林沿岸主要分布在海南，福建和台湾。
红树林海岸的主要功能是消波，停滞，促进淤积和保护海滩。
2.珊瑚礁海岸：这是一个由珊瑚礁和一个沿海防御哨所组成的海岸。
它可以用于潜水和水下观光。
3.潮汐，波流和海平面的长期因素：风，浪，风暴潮短期因素：台风和海啸的长期因素是周期性的并且是确定的；短期因素是偶然的。
（四）沿海发展现状：①沿海港口建设；②填海；③建造海堤；③沿海资源的开发利用；1.土地资源；2.盐资源；3.渔场；4.油气资源；4.沿海环境保护；五，海岸动力学研究方法；1.理论分析；2）实验室实验；3）现场原型观察；4）数学模拟；第一章：波动理论；第1节：波浪的分类1.根据波浪的干扰力和周期：（1）表面张力波：周期最短，风为干扰力，恢复力为表面张力。
（2）重力波：周期为1〜30s，风为干扰力，恢复力为重力。
长周期波：5分钟〜12小时，由风暴或地震产生。
（4）潮波：天体工作产生的10 h 或24 h周期。
海岸动力学
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P3415.波能：E K=1/4ρgA2E P=1/4ρgA2E= E K + E P =1/2ρgA2波能传播速度：c g=cn16.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=cn17.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23.水流对波浪运动的影响：教材P7724.波浪破碎的原因：1）运动学原因（水质点速度大于波峰移动速度，溢破波）2）动力学原因（质点离心力大于重力加速度，溢破波）25.破碎波的类型：崩破波、卷破波、激破波26.极限波陡和破碎指标27.破碎带：外破波区，内破波区，爬坡区习题：3-1,3-2,3-3,3-9第四章28.潮波运动（看PPT）习题：4-1（本章无计算）第五章29.破碎波引起的动量转移（PPT）30.第二~第四节看看（有可能计算）31.第五节，PPT，简答+填空第六章32.粘性泥沙沉降和固结的四个阶段1）絮凝沉降：当含沙量较低时，由于絮凝作用使泥沙颗粒连接成絮团而加速沉降，随沉距和和含沙量等因素的变化而变化。
海岸动力学
海岸动力学海岸动力学这门课是海岸方向的基础课程，是港口航道与海岸工程专业的一门重要专业基础课，是学习水运工程规划、港口工程和海岸工程等专业课的先修课程，目标是认识与掌握海岸动力因素（包括波浪、近岸波浪流和海岸带潮波）的基本理论和海岸泥沙运动（包括沙质和淤泥质海岸）的基本规律及其岸滩演变，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，往后无论是做哪个方向的海洋相关学科应该都会涉及到一些，甚至以之为核心，为学习专业课程以及今后从事科学研究打下基础。
海洋动力学（marine dynamics），研究海洋力场及其引起的各种机械运动的学科。
海洋力场包括大气界面层的力场、海洋水体的力场和海底岩层的力场。
在大气界面层中，主要是海-气相互作用所引起的海洋气象和物质迁移；海底岩层的力场，主要是因海底扩张、火山爆发、壳层塌陷或断裂等引起的动力学效应；海洋水体的力场引起的各种运动过程，是海洋动力学中的基本内容。
海洋动力学内容包括动力因素和泥沙运动及岸滩演变两大部分。
前者包括波浪、近岸波生流和潮流运动；后者包括沙质和淤泥质的泥沙起动、输沙率和变形等。
对地貌特征和防护措施也做了简要介绍。
海洋动力学是海洋物理学的一个重要分支，主要研究海水的各种运动规律，地形地貌的变化及产生这些变化的动力因素。
这些研究对防护、港口建筑等都有密切的关系。
建坝等人类活动导致长江入河口泥沙锐减，三角洲前缘对来沙减少有敏感响应根据大通站系列资料，确认长江泥沙自1960s以来在0.01的显著水平上呈减少趋势。
研究发现：泥沙减少的原因是建坝等减沙因素超过植被破坏的增沙因素；目前，被拦在水库中的泥沙累计达8.5亿t/a；2003～2005年，三峡水库拦沙1. 5亿t/a，坝下侵蚀不足以补偿，入河口泥沙减少0.85亿t/a。
系列测深资料和典型潮滩段面连续观测的研究发现，三角洲前缘淤涨速率正在急剧下降，局部已出现蚀退。
《海岸动力学》课件
海岸工程：如港口建 设、防波堤设计等
海洋资源开发：如潮 汐能、波浪能等
环境保护：如海岸侵 蚀、海平面上升等
自然灾害防治：如台 风、海啸等
军事应用：如潜艇隐 蔽、导弹发射等
学科背景：海岸动力学是研究海岸线、海岸带和海岸生态系统的动力学过程和规律的科学。 发展历程：海岸动力学起源于19世纪末，随着海洋科学的发展而逐渐形成。 学科发展：20世纪初，海岸动力学开始受到重视，并逐渐成为一门独立的学科。 当代研究：现代海岸动力学研究涵盖了海岸线变化、海岸带生态系统、海岸工程等多个领域。
数值模拟技术的发展趋 势：随着计算机技术的 不断发展，数值模拟技 术在海岸动力学中的应 用将会越来越广泛，精
度也会越来越高。
验证方法：对比实验结果与理 论预测
精度评估指标：误差、偏差、 方差等
影响因素：模型参数、初始条 件、边界条件等
提高精度的方法：改进模型、 优化算法、增加计算资源等
敏感性分析：研究模型参数变化对结果 影响的程度
国际合作：加强与其他国家的合作，共同研究海岸动力学问题 学术交流：举办国际学术会议，促进学术交流与合作 技术共享：共享研究成果和技术，提高海岸动力学的研究水平 人才培养：加强国际人才培养，提高海岸动力学的研究能力
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海岸动力学PPT课件 大纲
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目录
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海岸动力学概述
海岸动力学的基本原 理
海岸动力学的数学模 型与数值模拟
海岸动力学的实际应 用案例
海岸动力学的未来发 展趋势与挑战
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海岸动力学概述
海岸动力学-精品
(0)max(H L00)m
1 ax0.1427
max(H L)max0.14t2 ankh)h(
max(H L)max0.142L 2h
浅水区破碎时，破碎点波高与水深之间的关系 H b 0.89
hb
用孤立波一阶近似求得海滩上的破碎指标为
b
Hb hb
0.78
柯林斯和韦尔得到的经验公式为 b0.7 25.6tg
涌浪传到滨海区以后，受海底地形、地貌、水深变 浅、沿岸水流、港口及海岸建筑物等的影响，波浪产生 变形、折射、绕射、反射等；当波浪变陡或水深减少到 一定限度后，产生破碎。
波浪在浅水中的变化对港口海岸建筑物和近岸航道 设计等是重要的。在多数情况下，波浪是构成近岸泥 沙运动的主要原因，近岸泥沙运动影响着航道和港区 的淤积，造成岸滩的侵蚀变形。
2)内碎波区，该区内的波高大致与水深相适应，波前沿 陡立，后坡平坦，这种波形称为段波(Bore)。其波高完
3)上爬区，波浪到达岸线，波浪最后一次破碎，破碎 后的水体由于剩余动能而涌上海滩，然后又由于重力 作用而沿岸滩坡面下落。
破波带波高衰减规律 破碎后任一点的波高近似地与当地水深成正比,
碎波带内波高与水深之比可写为
HhKb
γ—碎波带内波高对于水深的比值，由试验确定。通常取为0.8。
第二节 波浪在水流中的运动特性 涨潮时顺水流进入河口附近的海浪波长增大、
波高减小； 落潮时逆水流进入河口的海浪波长减小、波高
增大，从而使波陡增大，有时造成波顶破碎.
第三节
波浪进入浅水区后，从波浪“触底”时起，波浪
即开始损失能量。这些损失可能包括如下3
传播方向沿x轴 Hcosk(xt)
2
波向与x轴交角为α
海岸动力学1-240页PPT
二、随机波统计理论基础
对于不规则波形，如何定义波高、周期呢?
上跨零点法; 取平均水位为零线，把波面上升与零线相交的点作
为一个波的起点。波形不规则地振动降到零线以下， 接着又上升再次与零线相交，这一点作为该波的终点 (也是下一个波的起点)。如横坐标轴是时间，则两个 连续上跨零点的间距便是这个波的周期；把这两点间 的波峰最高点到波谷最低点的垂直距离定义为波高。
上跨零点法
如何描述这个波系的大小呢?一般有二种方法： 一是采用有某种统计特征值的波作为代表波的特征波法； 二是用谱表示。
特征波的定义，通常采用大约连续观测的100个波作为 一个标准段进行统计分析
(一) 按部分大波平均值定义的特征波
1 最大波:波列中波高最大的波浪
Hm ax THm ax
2 十分之一大波 H110 TH1 10
cn r,cor)s(
类似微幅波的浅水余弦波
当模数κ＝1时， K(κ)→∞，
c(n r,1)seh(c r)
波面方程变为
Hsehc2
34H hh xcht
转化为孤立波
孤立波的 波长和波周周期都趋于无这穷大
二、孤立波理论简介
孤立波理论是一种在传播过程中波形保持不变的推移波 理论，它的波面全部在静水面以上
K(κ)，E(κ) 为第1类和第2类完全椭圆积分
不同模数κ决定着不同的波面曲线形状, κ与波要素之间有如下 关系
16.K2 L2.H
给定L、H和h
求得κ
3
h h 或L/h与H/h
波面形状
当模数κ→0 波面方程变为
K()
2
d
0
2
,
Hcoskxt
2
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《海岸动力学》课程教学大纲
课程编号：030055 学分： 2 总学时：34
大纲执笔人：程素斌大纲审核人：叶为民
一、课程性质与目的
《海岸动力学》是港口航道与海岸工程专业本科生的必选专业基础课程。
通过本门课程的学习，使学生掌握海岸动力的基本知识，基本波浪理论分析方法及方程推导，波浪在传播中的变形和破碎现象，以及在泥沙作用下的海岸岸滩演变，初步具有分析和计算海岸动力因素方面的工作能力。
二、课程基本要求
1．了解波浪的基本知识及种类；
2．掌握基本波浪理论，微幅波理论及其解的特性，波浪的浅水效应；
3．了解在不同海岸情况下的泥沙运动特性；
4．了解海岸建筑物对岸滩演变的影响。
三、课程基本内容
第一章波浪理论
第二章波浪的传播变形和破碎
第三章近岸波浪流
第四章海岸带潮波运动
第五章沙质海岸的泥沙运动
第六章岸滩演变
第七章淤泥质海岸的泥沙运动及其岸滩演变
四、实验或上机内容
波浪基本形式，如何造波，波的量测。
五、前修课程要求
流体力学、水力学、河流动力学等。
七、教材与主要参考书
《海岸动力学》（第三版），吴宋仁主编，人民交通出版社，2000年。