海岸动力学试验
海岸动力学
Under mild comoderate waves (less than two to three feet high), this return flow is small.
When the waves are high and approaching nearly perpendicular to shore, the undertow is strongest.
Undertow回卷底流
Undertow is the flow which is dispersed along the shore and moves offshore in the lower half of the water column beneath the waves with the highest velocities close to the bed between the breakers and the shore.
Longshore Currents沿岸流
Obliquely incident water wave climate and nearshore bathymetry are responsible for the wave-induced longshore currents. When waves break at an angle to the beach, the momentum of the breaking wave generates onshore currents that flow in the direction of propagation of the breaking wave.
Forces
Nearshore currents can be forced by a combination of wave breaking, winds, pressure gradients, and topographic effects. As waves approach shore, they drag some of the water with them, assisted by the wind when it is blowing onshore. This excess water piles up between the breakers and the beach.
《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
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n =n(x,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(圆濒率？=2 n /②波数k=2 n③波陡S =H/④相对水深h/L或kh7. (1)势波运动的控制方程(拉普拉斯方程)⑵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,面z=n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Bt 加诡ii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。
29. ①自由水面的波面曲线：n =cos(k?t)*H/2②弥散方程：？ =gktanh(kh)③弥散方程推得的几个等价关系式：L= tanh(kh)*gT /(2 n ), c= tanh(kh)*gT/(2 = tan n(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。
海岸动力学
中国海洋大学本科生课程大纲课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修一、课程介绍1.课程描述：海岸动力学是海岸工程和海岸带资源综合开发利用的理论基础，对于利用与开发海岸带、保护海岸工程至关重要，更是海港建设的关键。
本课程包括波浪理论、波浪传播和破碎、近岸水流运动特性、海岸波生流、泥沙基本特性、沙质海岸泥沙运动、沙质海岸形态和变形、淤泥质海岸泥沙运动和岸滩演变以及海岸防护等内容。
2.设计思路：本课程内容以海岸动力因素（主要为波浪与流）作为出发点，以该动力因素作用下的泥沙运动基本规律为基础，以海滩上的泥沙运动与冲淤规律作为归结。
在讲授中以“波浪、流→泥沙运动→海滩变形”为主线，内容具体编排如下：（1）第一章概论1）主要内容：海岸动力学的定义、研究内容、研究方法、发展简史及和专业的关系2）教学要求：了解海岸动力学的定义、研究内容、研究方法、发展简史及和专业的关系3）重点、难点：无- 3 -4）其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：无（2）第二章波浪理论1）主要内容：微幅波理论、有限振幅波理论、浅水非线性波理论、各种波浪理论的适用范围和随机波、波浪的统计特征和波谱概念、波浪在深水中弥散与传播2）教学要求：掌握微幅波理论、有限振幅波理论、浅水非线性波理论、各种波浪理论的适用范围和随机波、波浪的统计特征和波谱概念、波浪在深水中弥散与传播3）重点、难点：微幅波理论、有限振幅波理论；有限振幅波理论、浅水非线性波理论4）其它教学环节：实验3学时，内容是驻波形成试验（3）第三章波浪传播和破碎1）主要内容：波浪在浅水中变化、波浪的破碎等。
波浪在水流中的运动特性和底摩阻引起的波能衰减2）教学要求：掌握波浪在浅水中变化、波浪的破碎等。
了解波浪在水流中的运动特性和底摩阻引起的波能衰减3）重点、难点：波浪在浅水中变化、波浪的破碎等；波浪在水流中的运动特性和底摩阻引起的波能衰减4）其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：实验5学时，内容是波浪浅化效应试验（4）第四章近岸水流运动特性1）主要内容：潮波运动简介、速度垂向分布2）教学要求：掌握潮汐原理、了解海流速度垂向分布- 3 -3）重点、难点：潮汐原理；潮汐原理4）其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：无（5）第五章海岸波生流1)主要内容：水波中的辐射应力、波浪的增水与减水、近岸波浪流系、近岸流2)教学要求：掌握水波中的辐射应力、波浪的增水与减水、近岸波浪流系、近岸流3)重点、难点：辐射应力、波浪增减水；近岸波浪流系4)其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：无（6）第六章泥沙基本特性1)主要内容：单颗粒泥沙特性、泥沙的群体特性；粘性泥沙特性；粉砂特性；泥沙运动方式2)教学要求：单颗粒泥沙特性、泥沙的群体特性；粘性泥沙特性；粉砂特性；泥沙运动方式3)重点、难点：单颗粒泥沙特性、泥沙的群体特性；粘性泥沙特性；泥沙运动方式；粉砂特性4)其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：无（7）第七章沙质海岸泥沙运动1)主要内容：波浪作用下的泥沙运动、沙纹与沙纹上的泥沙运动；掌握推移质输沙率、悬移质输沙率、波流共同作用下的输沙率2)教学要求：波浪作用下的泥沙运动、沙纹与沙纹上的泥沙运动；掌握推移质输沙率、悬移质输沙率、波流共同作用下的输沙率3)重点、难点：重点：波浪作用下的泥沙运动、沙纹与沙纹上的泥沙运动；掌握推移质输沙率、- 3 -悬移质输沙率、波流共同作用下的输沙率难点：波浪作用下的泥沙运动、沙纹与沙纹上的泥沙运动；掌握推移质输沙率、悬移质输沙率、波流共同作用下的输沙率4)其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：无（8）第八章沙质海岸形态和变形1)主要内容：了解海滩剖面及泥沙的横向运动、沿岸输沙、岸线形状与变形、海岸变形计算、海岸防护等。
海岸动力学实验指示书
高等学校实验教材海岸动力学》实验指示书重庆交通大学河海学院二00 六年十二月目录、八、- 丄前言................................................................. 1..实验一波浪三要素测试实验............................................. 2..实验二波浪传质速度实验............................................... 7..实验三波浪传播浅水变形实验....................................................................... 1.. 0实验四波浪作用下的泥沙运动实验....................................................................... 1.. 4实验五不规则波谱分析实验....................................................................... 1.. 8实验六岸滩演变演示实验....................................................................... 2.. 1实验七波浪与水流相互作用特性实验....................................................................... 2.. 4参考文献....................................................................... 2..8..本《海岸动力学》实验教材适用于港口、航道及海岸工程专业本科生、研究生使用，也可供相关专业科研试验参考。
海岸动力学结课小论文海岸侵蚀
《海岸动力学》结课论文海岸侵蚀及其原因与防护姓名：=============学号：==============班级：=============—2012.6.20海岸侵蚀及其原因与防护摘要:针对我国黄河三角洲与长江三角洲海岸线的侵蚀现状,分析了我国海岸线侵蚀主要因素:河流泥沙的减少;海平面的上升或海洋动力因素的增强以及人为因素的影响。
关键词:海岸侵蚀;影响因素; 长江三角洲; 黄河三角洲海岸侵蚀是全球性的自然灾害。
受全球气候变暖以及人类活动的影响而产生的海平面上升加速将使海岸淹没与侵蚀范围进一步扩大,程度日益加剧。
同样,在我国32 000 km的海岸线上也存在着不同程度的海岸侵蚀问题,其中不少岸段因河流改道、海岸夷平作用、暴风浪及强潮的冲刷而发生了不同程度的侵蚀后退。
自20世纪50年代以来,我国海岸侵蚀日渐明显。
至70年代末期,除了原有的岸段侵蚀后退之外,还不断出现新的侵蚀岸段,总的侵蚀正在不断增加,侵蚀程度加剧。
以黄河三角洲与长江三角洲为例,对中国海岸的侵蚀原因作了初步分析。
一、岸线侵蚀现状1.黄河三角洲岸线侵蚀现状黄河入海口卫星图20世纪80年代以前,黄河平均每年有10亿多t泥沙入海,年均造陆面积在25 km²左右。
近20年来,黄河来水来沙明显减少,尤其是近7年(1996～2002年)共来水487. 8亿m3,来沙11. 2亿t,仅相当于50～60年代1年的水沙量。
随着黄河中下游对黄河水资源开发利用力度的加大,黄河下游的水沙条件发生了更大变化,泥沙来源日趋减少。
由于黄河三角洲是典型的河控三角洲,因此其形成与演变明显地受黄河来水来沙量的制约,当入海泥沙减少至不能维持海岸平衡时,必然引起三角洲海岸蚀退。
根据近年来的海岸蚀积状况,现代黄河三角洲海岸可分为弱侵蚀与强侵蚀海岸弱侵蚀海岸主要分布在挑河湾以西,强侵蚀海岸主要分布在挑河湾以东的刁口河、神仙沟与孤东岸段。
强侵蚀海岸从挑河湾到孤东临海堤北端,全长约66 km。
《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
添加章节标题
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
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目录试验1：波浪数据采集及波高统计试验一、…………………………………………………………试验目的二、…………………………………………………………试验要求三、…………………………………………………………试验过程四、…………………………………………………………数据处理五、…………………………………………………………结果分析六、…………………………………………………试验结论与感悟试验2：波压力量测试验一、…………………………………………………………试验目的二、…………………………………………………………试验要求三、……………………………………………………试验水文要素四、…………………………………………………………试验仪器五、…………………………………………………………试验过程六、…………………………………………………………数据处理七、…………………………………………………………结果分析八、…………………………………………………试验结论与感悟试验一：波浪数据采集及波高统计试验一、试验目的了解波浪中规则波及不规则波的区别，波浪模型试验的一般方法，规则波波高、周期、不规则波波高的统计方法。
二、试验要求1、规则波及不规则波的测量与特征值的统计。
2、明确实验目的。
掌握实验原理。
掌握基本仪器的使用，包括波浪数据采集系统和水槽造波机的使用方法。
通过自己设计出不同波长、波高的规则及不规则波，参与造波及数据采集的全过程，了解波浪物理模型试验的最基本方法。
正确处理实验数据，能通过处理采样数据文件统计各种累积频率波高，发现规律，得出实验结论。
分析实验误差，提出减少误差的方法，分析误差的范围。
3、编写实验报告，要求报告能准确反映实验目的、方法、过程和结论。
三、试验过程试验中共设置四根波高传感器，四个同学为一组，每人采用其中一根传感器的数据计算波高，规则波采样时间为20s，不规则波采样时间为80s左右。
规则波试验结果主要统计平均波高。
波峰减波谷即为波高，将采集到的所有波高进行算术平均，得到规则波的平均波高。
不规则波试验结果主要统计有效波高。
波峰减波谷即为波高，将采集到的所有波高进行排序，取前1/3大波进行算术平均，得到不规则波的有效波高。
四、数据处理本次实验使用fortran90语言编写计算程序，对数据进行处理。
1、规则波（1）程序编写!求规则波各通道下平均波高program mainimplicit noneinteger::i,j,k=2000,m=0,n,xreal::crest=0,trough=0,middle=0real,dimension(4,2000)::series=0integer,dimension(4,100)::zero=0real,dimension(4,100)::h=0real,dimension(4)::sum_height=0,average_h=0integer,dimension(4)::mark=0open(1,file='DAYU05B.800')do k=1,2000read(1,'(4x,f7.3,3(3x,f7.3))')series(1:4,k)enddoclose(1)open(2,file="d:\mirror\one\date.dat")do i=1,4m=0do j=1,k-1if((series(i,j)<1e-10).and.(series(i,j+1)>1e-10))thenm=m+1;zero(i,m)=jend ifend domark(i)=mdo x=1,m-1crest=maxval(series(i,(zero(i,x)):(zero(i,x+1))))trough=minval(series(i,(zero(i,x)):(zero(i,x+1))))h(i,x)=crest-troughend doend doprint'(1x,a/10i7)',"15通道上跨零点位置",zero(1,1:mark(1))print'(1x,a/10f8.3)',"15通道波高",h(1,1:mark(1)-1)print*,"---------------------------------------------------------------------"print'(1x,a/10i7)',"4通道上跨零点位置",zero(2,1:mark(2))print'(1x,a/10f8.3)',"4通道波高",h(2,1:mark(2)-1)print*,"----------------------------------------------------------------------"print'(1x,a/10i7)',"15通道上跨零点位置",zero(3,1:mark(3))print'(1x,a/10f8.3)',"15通道下波高",h(3,1:mark(3)-1)print*,"----------------------------------------------------------------------"print'(1x,a/10i7)',"15通道上跨零点位置",zero(4,1:mark(4))print'(1x,a/10f8.3)',"15通道下波高",h(4,1:mark(4)-1)print*,"----------------------------------------------------------------------"print*do i=1,4m=mark(i)do n=1,m-1average_h(i)=average_h(i)+h(i,n)end doaverage_h(i)=average_h(i)/(m-1)print'(1x,i2,a,f9.5)',i,"列的平均波高为",average_h(i)write(2,*)i,"列的平均波高为",average_h(i)end doend program（2）计算结果2、不规则波（1）程序编写!求不规则波各通道下波高program mainimplicit noneinteger::i,j,k,m=0,n,xreal::crest=1e-10,trough=1e-10,middle=0real,dimension(4,8000)::series=0integer,dimension(4,100)::zero=0real,dimension(4,100)::h=0real,dimension(4)::sum_height=0,average_h=0integer,dimension(4)::mark=0open(1,file='DAYU05C.800')do k=1,8000read(1,'(4x,f7.3,3(3x,f7.3))')series(1,k),series(2,k),series(3,k),series(4,k) end doclose(1)open(2,file="d:\mirror\second\date.dat")do i=1,4m=0do j=1,k-1if((series(i,j)<1e-10).and.(series(i,j+1)>1e-10))thenm=m+1;zero(i,m)=jend ifend domark(i)=mdo x=1,m-1crest=maxval(series(i,(zero(i,x)):(zero(i,x+1))))trough=minval(series(i,(zero(i,x)):(zero(i,x+1))))h(i,x)=crest-troughend doend do!求1/3大波波高与平均波高do i=1,4do n=1,mark(i)-2do j=2,mark(i)-1if(h(i,j)>h(i,j-1))thenmiddle=h(i,j)h(i,j)=h(i,j-1)h(i,j-1)=middleend ifend doend doend dodo i=1,4m=mark(i)do n=1,(m-1)/3sum_height(i)=sum_height(i)+h(i,n)end dosum_height(i)=3*sum_height(i)/(m-1)print'(1x,i3,a,f10.6)',i,"列的1/3大波波高为",sum_height(i)write(2,*)i,"列的1/3大波波高为",sum_height(i)do n=1,m-1average_h(i)=average_h(i)+h(i,n)end doaverage_h(i)=average_h(i)/(m-1)print'(4x,i3,a,f10.6)',i,"列的平均波高为",average_h(i)write(2,*)i,"列的平均波高为",average_h(i)print*end doend program（2）计算结果五、结果分析1、规则波规则波波形图（通道4）105-5-10图1 规则波波形图（通道4）由图1可以看出，规则波的波列中每个波的波要素（波高、周期）近乎相等，由fortran 编程计算可知，通道4共有10个上跨零点，平均波高为11.75500cm。
2、不规则波不规则波波形图（通道4）105-5-10图2 不规则波波形图（通道4）由图2可以看出，不规则波在构成波浪的波列中波形不同、波要素随机分布。
根据fortran编程数据处理可知，通道4的不规则波有效波高为8.018728cm，平均波高为5.473799cm。
六、试验结论与感悟波浪根据其形态可分为规则波和不规则波，从试验可以看出：1、规则波与不规则波在波形上存在差异，规则波的波要素大致相同，波形图有周期性的规律；不规则波的波要素呈随机分布，波形图无规律。