海岸動(dòng)力學(xué)-模擬卷

1、一、填空題1. 一列簡(jiǎn)單波浪進(jìn)入淺水區(qū)后，在傳播中隨水深變化，其波速、迎M、波高和波向都將發(fā)生變化，但是其波周期則始終保持不變,波浪這一性質(zhì)為分析它從深水傳播到淺水的變化提供方便2. 近岸流包括向岸流、沿岸流和離岸流3. 海岸可分為沙質(zhì)海岸和淤泥質(zhì)海岸4. 拜落諾能量輸沙型可表示為載沙量和流速的乘積5. 近岸區(qū)泥沙運(yùn)動(dòng)按方向不同可分為橫向運(yùn)動(dòng)和沿岸運(yùn)動(dòng)6. 沿岸輸沙率的波能流法把沿岸輸沙和波功率沿岸分量聯(lián)系起來7. 以破波點(diǎn)為界,把水域分為近岸區(qū)和離岸區(qū)，近岸去進(jìn)一步可以分為外灘、前灘、和后灘 8. 波浪按形態(tài)可以分為規(guī)則波和不規(guī)則波9. 描述簡(jiǎn)單波的理論主要有微幅波理論和斯托克斯波理論10.

2、 一直波周期為5s,其水深波長(zhǎng)為38.99米，波速為780米/秒11. 波譜S（。）相當(dāng)于波能密度相對(duì)于組成波頻率的分布函數(shù)12. 在海岬岬角處，波向線集中，這種現(xiàn)象稱為輻聚,海灣里，波向線分散，稱為輻散 13. 泥沙連續(xù)方程 缶sS + 良空 中，切ss為沉降率，-表示紊動(dòng)擴(kuò)散引起的向上的泥沙通dz s dz 蔓，徐為紊動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)14. 沿岸輸沙是波浪和波導(dǎo)沿岸流共同作用引起的縱向泥沙運(yùn)動(dòng),主要發(fā)生在破波內(nèi)，其機(jī) 理是波浪掀沙和沿岸流輸沙15. 輻射應(yīng)力可定義為波浪運(yùn)動(dòng)弓I起的剩余動(dòng)量留16. 一般將h = L作為深水波和有限水深波的界限，將 h = L作為有限水深波和淺水波的界220限17

3、. 描述不規(guī)則波系的方法主要有特征波法和譜表示法18. 方向譜是一種二典19. 破碎波的類型主要有崩破波、卷破波和激散20. 在破波帶外的淺水區(qū)，波高隨水深減小而增大、因而輻射應(yīng)力沿程增大,發(fā)生減水現(xiàn)象一.：Um 、,一 21. 泥沙活動(dòng)參數(shù) M =（. U%）d ,它表示促使泥沙起動(dòng)的力和重力引起的穩(wěn)定力之間的比值22. 沿岸流量最大輸沙率在破波線和沿岸流諫最大值之間23. 沿岸沙壩和灘肩是沙質(zhì)海岸的重要特性構(gòu)造24. 卷破波是形成沿岸沙壩的主要原因25. 海灘的一個(gè)重要特性就是它的動(dòng)態(tài)變化劌生 名詞解釋：1. 波浪增減水：波動(dòng)水面時(shí)均值與靜水面偏離值2. 海灘平衡剖面：在一定條件下，海灘上

4、任一點(diǎn)的泥沙均沒有凈位移，剖面形狀維持不變的海灘形態(tài)。3. 波能流：通過單寬波峰長(zhǎng)度的平均能量傳遞率稱為波能流，其單位是W/m4. 輻散和輻聚：在海岬岬角處，波向線將集中，這種現(xiàn)象稱為輻聚；在海灣里，波向線將 分散，這種現(xiàn)象稱為幅散。5. 輻射應(yīng)力：是波浪運(yùn)動(dòng)引起的剩余動(dòng)量流。是作用于垂直底面的單位水柱體四個(gè)側(cè)面上的由于動(dòng)量交換而產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)均值，其單位是N/m6. 波的彌散（色散）現(xiàn)象：當(dāng)水深給定時(shí)，波的周期越長(zhǎng)，波長(zhǎng)亦越長(zhǎng)，波速亦越大，這樣就是不同波長(zhǎng)的波在傳播中逐漸分離開來，這種不同波長(zhǎng)（周期）的波以不同波速傳 播最后導(dǎo)致波的分散現(xiàn)象1. “一線”模型的基本假定是什么？答：“一線”模型又

5、叫一線理論，所謂一線就是指岸線。一線模型指研究岸線的變化，認(rèn)為 泥沙的橫向運(yùn)動(dòng)只是吧泥沙在近岸區(qū)來回搬運(yùn)，從較長(zhǎng)時(shí)間看并不影響岸線的平均位置，假定岸灘的斷面形狀始終維持其平衡剖面而不發(fā)生變化，岸線位置變化時(shí)，岸灘平衡于該剖面前進(jìn)或后退。2. 簡(jiǎn)述沙紋的形成機(jī)理。答：沙紋是近底水流不穩(wěn)定的產(chǎn)物。一旦沙紋形成后，沙紋背后的漩渦就起到維持沙紋的作 用。隨著水流的加強(qiáng)，沙紋的陡度趨于減小，直至紋沙頂峰完全被水流沖刷掉。3. “風(fēng)暴剖面”與“常浪剖面”各是如何組成的，它們各自的特征是什么？答：風(fēng)暴剖面是指在風(fēng)暴盛行期間，海灘上部被侵蝕，泥沙被搬運(yùn)到離岸區(qū)堆積而形成的剖面形狀。它是以形成沙壩為主要特征。常

6、浪剖面是指當(dāng)風(fēng)暴季節(jié)過去，海面處于相對(duì)平靜期時(shí)入射波浪相對(duì)較小，這時(shí)淤積在離岸區(qū)的泥沙逐漸被波浪推移而向岸輸運(yùn)。這寫泥沙在岸邊堆積逐漸形成灘肩。 如果平靜足夠長(zhǎng)，則風(fēng)暴期間形成的沙壩可能完全消失，泥沙被全部推回。形成光滑而有較寬灘肩的常浪剖面。它的主要特點(diǎn)是光滑而有較寬灘肩。4. 試比較微幅波與斯托克斯波的波形和水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡。H 二答：波形比較：微幅波波形峰谷對(duì)稱于靜水面，斯托克斯波波峰處c= + H& ,波面24H 二比微幅波抬局了 Hd，因而變得尖陡，波谷處，叫=-,波面也比微幅波抬、一兀 , 局了 一H：,因而變得平坦，峰谷不再對(duì)稱于靜水面。隨著波陡增大，抬局值也增大，峰谷 4

7、不對(duì)稱將加?。凰|(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡比較： 微幅波水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡是封閉的橢圓，而斯托克斯波水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡是不封閉的。5. 波浪斜向入射，波浪動(dòng)量流（輻射應(yīng)力）沿岸分量在通過破波帶時(shí)的變化并不能由平均水面坡降所平衡。在沿岸方向，需要有底部剪切應(yīng)力來平衡輻射應(yīng)力梯度。而時(shí)均剪應(yīng)力只有在發(fā)生時(shí)均流動(dòng)時(shí)才存在。 因此，處于衰減中的表面波， 將沿岸波動(dòng)動(dòng)量轉(zhuǎn)化為時(shí)均沿岸流 動(dòng)。6.波浪斜向進(jìn)入淺水區(qū)后同一波峰線的不同位置將按照各自所在地點(diǎn)的水深決定其波速。 于水深較大的位置的波峰線推進(jìn)較快， 此而彎曲并逐漸趨于與等深線平行， 而變化的現(xiàn)象稱為主要特征。處處于水深較小的位置推進(jìn)較慢，波峰線，波峰線就因波向線則趨于

8、垂直于岸線，波峰線和波向線隨水深變化8.岸灘演變的三維模型基本方程是:它表達(dá)的含義是：岸灘地形高程的變化，即泥沙在當(dāng)?shù)氐亩逊e和侵蝕，完全是由縱向輸 沙率沿縱向（X方向）變化和橫向輸沙率沿橫向（Y方向）變化所造成的。岸灘演變的二維模型包括：1.岸灘剖面模型，是模擬橫向泥沙運(yùn)動(dòng)引起的岸灘短期變化，其方程是:h _ ：Qy；:t ；:y它表達(dá)的含義：岸灘剖面的變化是由泥沙橫向運(yùn)動(dòng)引起的，即由泥沙橫向輸沙率沿橫向（Y方向）變化所造成的。h ：:Q2.岸灘長(zhǎng)期演變模型，是模擬縱向泥沙運(yùn)動(dòng)引起的岸灘長(zhǎng)期演變，其方程為；t : x它表達(dá)的含義：岸灘剖面的變化是由泥沙縱向運(yùn)動(dòng)引起的，即由泥沙橫向輸沙率沿縱向（

9、X方向）變化所造成的。證明題:1、波浪斜向入射平直海岸，等深線相互平行，試證明破波帶外從深水到淺水Sxy沿程不變。sin :- 證明： Sxy = En cos- sin - =Ecncos- ；c等深線相互平行* =常數(shù)；c又因?yàn)槠撇◣獠苁睾闼?Ecn)0(acosa 0 = (Ecn)i(acosa )；因?yàn)榈壬罹€相互平行所以a° = a所以 Ecncos： 0 = Ecncos： i所以Ecncosa =常數(shù)所以sxy =常數(shù)I -22、試證明線性波單位水柱體內(nèi)的平均勢(shì)能為電H 。16證明：dE° =dmgz= Pdxdzgz ； n =旦 cos（kx at

10、）；（線性波） p2單寬波峰線，一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)：LEp = dEp = o o gzdzdxL 1-gH 0 822cos kx -t dxL 12-g 2dx 0 21162gH2L14k2 二 sin2 L116gH2L, 12、，12線性波單寬水柱體內(nèi)所儲(chǔ)存的平均波浪勢(shì)能為（PgH L）/L= PgH1616計(jì)算：gH coshk(h z)Hc coshk(h z)一、證明 中= sin(kxE)也可寫成中=sin(kxE)2二 cosh kh2 sinh kh證明： o2=gktghkh k=所以。=g tghkhccgH coshk(h z) .、 gH c coshk(h z) .

11、 /(,、貝 U= .sin(kx-；t).sin(kx-；t)2。cosh kh2tghkh g cosh khHc cosh k(h z) . /(,、=sin(kxt)2 sinh kh、已知周期T=5 Pmax=85250,Pmin=76250求當(dāng)?shù)厮詈筒ǜ撸?、HPz = - rg kz Z=-h,cos(kx-ft) = h=Pmin =8 2422 ：g.k = , L = tghkhLi = L0 = 39 L2 =tgh(= h)= 33.9L 2 二2Li2 二.L8 =35.1 k=0179 kh =0.179 8.24 =1.474535.1得 H=2.11m三、波由深

12、到淺，深水波高 H0=2 , T=10問傳到1km長(zhǎng)的海岸上的波浪能量多少?解;E =! ；gH 2 =4900L0 =匹=155.97m C0 =實(shí)=15.682 二2 二R =1 EC =38.22P =103 x P =3.%104h/L=0.2四、斯托克斯波附加項(xiàng)的振幅小于線性項(xiàng)的5%,問在深水最大允許波陡多大？當(dāng)處的最大允許波陡多大？H二_解：1)聽=一cos(kxot)+ H - cos2(kxE)24二H“H匚/<5% 所以匚<0.032422)當(dāng) h/L=0.2 時(shí) kh=2 n.h/L =0.4兀=1.257 匚 <0.019五、有效波高4.7米，有效周期為

13、4.7秒，求平均波高？大于 6m波高出現(xiàn)的概率?_ H11) Hs=H=4.7 H=1.6H H= "6=2.94m33.H、2,2) F(H ) =exp() F(6)=3.8%4 H .，1o六、證明線性單位水柱內(nèi)的平均勢(shì)能和動(dòng)能為PgH 216證：Ep =ET EP = j 虺"dxn=Acosx_E)代入Lio,gA- 2-pE得21 r21 r 2cos (kx -t)dx = - ： g(H /2) = : gH416七、深水波高 H0=1m , T=5s,深水波向角a =45°，計(jì)算在水深10,5,2m處的波高gT - gT -解：h=10m,T=5

14、s,礙 L=36.7mL° = 3.9mC0 = =7.82 二2 二C L 一C一 =C=7.34%=061 =、=0= 0 9 3 3C0L02Cn0sin ： 0"CT= 41.70-.973H10 =kskrH0 =.91m八、5s周期的波浪不破碎可能達(dá)到的最大波高是多大？在水深為10m處可能達(dá)到的最大波高為多大？"一Ho一解：1)1_0= =39m°)ma0 1 4 2 所以 Homax = 0142L0 = 5.538m2 二L0心2) h=10m,T=5s 得 L=36.7mH(L)max =0142tghkhHmax =0142tghkhL = 4.883m九、海灘坡度 1/20,深水波高 H0=