波浪的破碎教程文件.ppt

《波浪的破碎教程文件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、波浪的破碎第一节波浪在浅水中的变化风浪离开风区后继续传播，传播中由于弥散和能量损失，其频率范围和能量不断变化，风浪逐渐转化为涌浪，涌浪的频谱范围窄，波形接近于简谐波。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。波浪的浅水变形开始于波浪第一次“触底”的时候，这时的水深约为波长的一半.随着水深的减小，波长和波速逐

2、渐减小，波高逐渐增大，到了波浪破碎区外不远处，波浪的波峰尖起，波谷变坦而宽，当深度减小到一定程度时，出现各种形式的波浪破碎。此外，随着水深变浅，如果波向与海底等深线斜交，波向也将发生变化，即所谓产生折射。一、波浪守恒波浪进入浅水区后，随着水深变化，其波速、波长、波高和波向将发生变化，但是其波周期则始终保持不变。波向与x轴交角为α的波动，波面方程如何表示?波浪沿x方向传播其波面方程波浪沿x方向传播时波面方程定义与x轴交角为α(波向)定义波数矢量波向单位矢量波向与x轴交角为α时波面(相位函数)波面波向沿x轴波向与x轴交角为α传播方向沿x轴波向与x轴交角为α势函数波向沿x轴波向与x轴交

3、角为α波向沿x轴波向与x轴交角为α(波浪守恒方程)波浪守恒方程的物理意义?对于稳定的波场，波周期(T＝2π/σ)为常量，即不随空间变化，即使水深有缓慢变化时，波周期也始终保持恒量。二、波能守恒和波浪浅水变形在稳定波场中，若假定波浪在传播过程中波能是守恒的.波能只沿着波向传播，没有能量穿过波向线，因此，波浪正向行近岸滩时，单位宽度内的波能流在传播中保持常数，即E—平均波能,c—波速；n—波能传递率。波浪进入浅水区后，波高会产生变化，这种变化称为浅水变形。ks—称为浅水变形系数。随着水深h的减小，波速c、波长L都逐渐减小，n却逐渐增大。波高H在有限水深范围内随水深减小略有减小，进

4、入浅水区后，则随水深减小而迅速增大。波高在有限水深范围内减小的原因与n值的增大有关。三、波浪折射波浪斜向进入浅水区后处于水深较大位置的波峰线推进较快，处于水深较小位置的推进较慢，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波浪折射。(浅水)三、波浪折射1折射引起的波向线变化若各变量沿y方向为恒量，即岸滩具有平直且相互平等的等深线时，上式可化简为斯奈尔(Snell)定律深水处波向角和波速对于复杂地形海域通常采用图解方法绘制折射图，也可用数值计算方法利用计算机求解和绘出折射图。2折射引起的波高变化设两相邻波向线在深水中的间

5、距为b０，进入浅水区后的间距变成bi。假设两波向线之间的波能没有损失，也无能量进入，则相邻两波向线之间单位时间平均向前传播的波能不变，亦即浅水变形系数波浪折射系数当等深线平行时，任意水深处的波向角αi为：相邻波向线之间的间距辐聚、辐散将使海岸上各处的波高不等，这对海岸上泥沙运动有着重要影响。波浪辐聚处波能集中，可能会引起强烈的冲刷，反之，波浪辐散处波能分散，可能产生泥沙淤积。四、波浪的反射与绕射1波浪的反射波浪在传播过程中遇到陡峭的岸线或人工建筑物时，其全部或部分波能被反射而形成反射波，这种现象称为波浪的反射。反射波具有和入射波相同的波长和周期，但其波高的大小则随反射波能

6、的大小而定。波浪反射系数Krf:反射波高Hrf与入射波高Hi之比。其大小随岸坡或人工建筑物的坡度、透水率、糙率及波陡而异。1波浪的反射当波浪正向入射于直立不透水墙时，完全反射，反射波高等于入射波高，反射系数为Krf＝１，其组合波为立波。当波浪不完全反射或波能在反射过程中有能量损失时，反射波高不等于入射波高，Krf＝Hrf/Hi＜1，入射波和反射波相互叠加后形成不完全立波2波浪绕射波浪在传播中遇到障碍物如防波堤、岛屿时，除可能在障碍物前产生波浪反射外，还将绕过障碍物继续传播，并在掩蔽区内发生波浪扩散，这种现象称为波浪绕射。波浪绕射是波浪从能量高的区域向着能量低的区域进行重新分布的过

7、程。绕射区同一波峰线上的波高不同，愈深入掩蔽区内波高愈小，但其波周期则保持不变。(1)规则波绕射研究波浪绕射时，假定流体无粘性和不可压缩，运动是无旋的，水深为恒定，则波场中的总波势等于入射波势和散射波势之和，取坐标系统(x,y,z)，波浪场的总速度势应满足拉普拉斯方程规则波绕射问题数学提法z=-h水底边界条件自由水面边界条件物体表面边界条件总波势入射波势(已知)散射波势(需要求解)反映障碍物的影响波向与x轴交角为α时关于散射波势的控制方程和