海岸動力學
第一章概論
1、 海岸帶寬度按從海岸線向內陸擴充套件10km，向外海延伸到-15~-20m水深計算。
2、 海岸的型別：
按照岸灘的物質組成可以把海岸分作基岩海岸、沙質海岸、淤泥質海岸和生物海岸等型別。
基岩海岸，特徵是：岸線曲折、灣岬相間；岸坡陡峭、灘沙狹窄。此類海岸水深較大，掩蔽較好，基礎牢固，可以選作興建深水泊位的港址。
沙質海岸：岸線平順，岸灘較窄，坡度較陡，常伴有沿岸沙壩、潮汐通道和瀉湖。此類海岸常是發展旅遊、漁港的良好場所。
淤泥質海岸：此類海岸岸線平直，一般位於大河河口兩側，岸坡坦緩、潮灘發育好、寬而分帶，潮流、波浪作用顯著，以潮流作用為主；潮灘衝淤變化頻繁，潮溝週期性擺動明顯。淤泥質海岸灘塗資源豐富，有利於發展海洋水產養殖、發展海塗圈圍成為陸用於發展農業與鹽業或畜牧業等其他產業。
生物海岸：包括紅樹立海岸和珊瑚礁海岸。
海岸的基本概念：海岸是海洋和陸地相互接觸和相互作用的地帶，包括遭受海浪為主的海水動力作用的廣闊範圍，即從波浪所能作用到的海底，向陸延至暴風浪所能達到的地帶。
外灘：指破波點到低潮線之間的灘地。
離岸區：破波帶外側延伸到大陸架邊緣的區域。
淤泥質海岸從陸到海由三部分組成：潮上帶，位於平均大潮高潮位以上；潮間帶，為平均大潮高潮位到平均大潮低潮位之間的海水活動地帶；和潮下帶，在平均大潮低潮位向海一側。
海岸侵蝕：指海水動力的衝擊造成海岸線的後退和海灘的下蝕。
引起海岸侵蝕的原因主要有兩種：一是由於自然原因：如河流改道或入海泥沙減少、海面上公升或地面沉降、海洋動力作用增強等；二是由於為人原因，如攔河壩的建造、灘塗圍墾、大量開採海灘沙、珊瑚礁，濫伐紅樹林，以及不適當的海岸工程設施等。
常見的海岸動力因素主要有：
波浪的作用，波浪是引起海岸變化的主要原因；
海岸波生流：斜向入射的波浪進入海濱地帶後，在破波帶引起一股與岸線平行的平均流，即沿岸流。波浪在傳向海岸的過程中會導致海岸水域出現流體質量的匯聚，這包括波浪由離岸水域傳入破波帶伴隨著質量輸移流向海岸匯集；方向相對的沿岸流在交匯點產生流體質量匯聚。
這些匯聚的流體質量集中起來可能以裂流的形式向外海回流。
由波浪運動引起的質量傳輸、沿岸流、裂流以及裂流頭處的水體擴散等水流流動，構成了水平的近岸環流系統。
潮流的作用：潮汐是在太陽和月球引力作用下發生的海面週期性漲落現象。潮汐作用主要表現在兩個方面：
一是潮汐的漲落，使海面發生週期性的垂直運動；二是使海面水體產生水平方向整體運動形成潮流。
徑流的作用，海流的作用風暴潮和海嘯的作用、風的作用等。
第一章思考題：
1-3 海岸環境動力因素（風、波浪和潮流等）對海岸變形的影響是什麼？
第二章波浪理論
第一節概述
一、 波浪分類
規則波：在傳播過程中波形規則，具有明顯的波峰波谷，二維性質顯著的波浪可以視為規則波。離開風區後自由傳播時候的湧浪接近於規則波
不規則波：大洋中的風浪，波形雜亂，波高、波週期和波浪傳播方向不定，空間上具有明顯的三維性質，這種波成為不規則波或者隨機波。
深水波、有限水深波、淺水波：一般按h/l=1/2作為劃分深水波與有限水深波的界限，h/l=1/20作為劃分有限水深和淺水波的界限。
振盪波：
推進波及駐波
推移波二、 波浪運動的描述方法和控制方程
用簡諧波的形式來描述波動時候，波面余弦函式表示為：，其中k稱為波數，表示長度上波動的個數。圓頻率
建立線性波理論時，為了簡化起見一般作如下假定：1）流體時均質和不可壓縮的，其密度為一常數；2）流體時無粘性的理想流體；3）自由水面的壓力是均勻且為常數；4）水流運動是無旋的；5）海底水平、不透水；6）質量力僅為重力，表面張力和柯氏力可忽略不計；7）波浪屬於平面運動，即在xz平面內作二維運動。
水質點運動速度： ，
線性波理論的控制方程：，物理意義：流體是不可壓縮流體，滿足質量守恆原理，且流體運動是無旋有勢運動。
邊界條件：（1）海底處邊界條件： p31 （2-10），物理意義：
海底表面為固壁，水質點垂直速度為零。（2）自由表面動力學邊界條件：（2-11），物理意義：
流體質量力僅為重力，滿足能量守恆原理。（3）自由表面運動學邊界條件：（2-12），物理意義：
流體介面具有保持性，介面上的流體質點始終位於介面上，自由水面流體質點運動無穿越。（4）流場左右兩端面的邊界條件：（2-13），物理意義：
流體運動在空間和時間上均呈週期性，為週期運動。
要精確解出二維波列的定解，將遇到兩個困難：（1）自由水面邊界條件是非線性的；（2）自由水面位移是未知的，即自由表面邊界是不確定的。
第二節微幅波理論
一、 微幅波控制方程和定解條件
公式2-18（a~e）及其物理意義。
二、 微幅波理論解——微幅波勢函式和色散方程
速度勢函式表示式：
色散方程：
色散現象：當水深給定時，波的週期越長，波長亦越長，波速也將愈大，這樣使得不同波長的波在傳播過程中逐漸分離開來。這種不同波長（或週期）的波以不同的速度進行傳播最後導致波的分散現象稱為波的色散現象。
色散方程還表明，波浪的傳播還與水深有關，水深變化時，波長和波速也將隨之變化。
變化一：確定波長：
變化二：確定波速：
對於深水和淺水兩種極端情況，色散方程還可以作不同的簡化，得到深水波和淺水波的近似表示式：
當水深h或者kh為無限大，根據雙曲函式特性，（2-30）（2-31）（2-32），可以知道，在深水情況下，波長和波速只與波週期有關，而與水深無關。
（2-33）（2-34）（2-35），波浪在淺水中傳播時其波速變化只與水深有關，且與水深的平方根成正比，而與波週期或波長大小無關。因此任何週期（或波長）的波浪傳播到淺水區後，波浪的傳播速度指只由當地水深控制。
三、 微幅波的速度場和加速度場
波動水質點的水平速度和垂直速度相差個相位。
四、 微幅波的質點運動軌跡
微幅波水質點的運動軌跡方程：，為橢圓方程。
微幅波水質點運動軌跡為乙個封閉橢圓。在水面處b=a，即為波浪的振幅，在水底處b=0，說明水質點沿水底只坐水平運動。
在深水情況下，a=b，水質點運動軌跡為乙個圓。
五、 微幅波的壓力場
當，得到最大壓力值
當，得到最小壓力值
六、 微幅波的波能和波能流
在二維波浪中，單寬波峰線長度內乙個波長範圍中所儲存的總波能由勢能和動能兩部分組成。波浪勢能是由於水質點偏離的平衡位置所致。波浪動能是由於質點運動而產生。
微幅波單寬波峰線長度乙個波長範圍內平均的波浪動能和勢能是相等的。單位海面面積上的總波能為：，表示微幅波平均總波能與波高的平方成正比。
波能流：波浪在傳播過程中存在能量傳遞，通過單寬波峰線長度的平均的能量傳遞率稱為波能流。，n為波能傳遞率，深水時，n=1/2；淺水時，n=1。
七、 波群和波群速度
兩列簡單波疊加後的波形還是乙個週期波，但振幅是變化的，最大波幅為組成波振幅的2倍，波數和頻率為兩列正弦波的平均值。
八、 駐波
當兩個波向相反、波高、週期相等的行進波相遇時，形成駐波。
波腹、 波節圖2-10
立波的勢能及動能均為行進波的2倍。能量的轉化是周期性地由動能變為勢能，或是由勢能轉變為動能。
不完全立波：波浪反射係數。
第三節斯托克斯波理論
波浪運動時，非線性作用的重要程度取決於波高h、波長l及水深h的相互關係。具體來說取決於三個特徵比值：波陡度，，和相對水深。
從波面特徵、波動流體質點速度和質點的運動軌跡等方面比較微幅波和斯托克斯波的區別。圖2-12 圖2-13，圖2-14
質量輸移：由於流體波動水質點運動軌跡不封閉，造成乙個週期過後有乙個淨水平位移，這種淨水平位移造成水體的水平流動，稱為漂流或質量輸移。
第四節淺水非線性波理論
橢圓余弦波：週期波動，波峰尖，波谷寬坦。
孤立波：在傳播過程中波形保持不變的推移波，其波面全部在靜水面之上。
第五節隨機波浪理論
十分之一大波波高和週期：波列中個波浪按波高大小排列後，取前面1/10個波的平均波高和平均週期。
有效波波高和週期：按波高大小次序排列後，取前面1/3個波的平均波高和平均週期。
波高的累積頻率：波列中超過此波高的累積頻率
波高的累積頻率函式為
波浪波能密度 ：公式表示間隔內全部組成波的能量和，相當於單位頻率間隔內的平均波能量，稱之為波能密度，公式也相當於組成波頻率對於組成波頻率的分布函式，這一函式稱為波頻譜，通常簡稱為頻譜。波頻譜的形狀與形成波浪的生成機理有關，主要決定於風速、風距和風時三個要素。
波浪的方向譜：，表示頻率在間隔範圍內和方向在間隔範圍內各組成波提供的能量的平均值，相當於波能密度對於組成波的頻率和方向的分布，當頻率給定時，該函式描述不同方向間隔的能量密度，因而反映海浪內部方向結構的能譜，稱之為方向譜。
第二章思考題和習題
2-1；2-2； 2-3； 2-4； 2-5；
2-6：2-11 ：
第三章波浪傳播和破碎
在深海中形成及發展的風浪，離開風區後在海洋中繼續傳播，傳播中由於瀰散和能量損失，其頻率範圍和能量不斷變化，隨著傳播距離增大，風浪逐漸轉化為湧浪，兩者的主要區別是風浪的頻譜範圍廣，而湧浪的頻譜範圍窄得多，其波形接近於簡諧波。湧浪傳到近岸區以後，受海底地形、水深變淺、沿岸水流、港口及海岸建築物等的影響，波浪產生變形、折射、繞射、反射等，因底部摩阻，產生波能衰減；當波浪變陡或者水深減少到一定限度後，產生破碎。
當波浪進入淺水區後，從波浪觸底時起，波浪即開始損失能量，這些損失可能包括以下三個方面：摩阻損失，這是海底床面對於波浪水流的摩阻力引起的能量損失；滲透損失和泥面波阻力損失。
波浪運動中水質點作週期性的往復振盪運動，其邊界層特徵與單向水流不同。明渠單向水流中邊界層能得到充分的發展，而短週期的波浪水流中，水流在不大的時間內正負交變，邊界層得不到充分發育，只有在床面附近很薄的一層受床面影響而存在剪下應力，形成近底邊界層。
第二節波浪淺水變形、折射和繞射
波浪守恆：一列規則波在變水深中傳播，在傳播中隨著水深變化，波速、波長、波高和波向都將發生變化，但是波週期則始終保持不變的現象，稱之為波浪守恆。
波浪守恆方程：，其物理意義為波數向量隨時間的變化率必然為角頻率的沿空間變化率所平衡。在穩定的流場中，沒有新的能量的輸入，波數隨著時間沒有變化，因此波浪在傳播過程中週期守恆。
波浪的淺水變形：波浪的淺水變形開始於波浪第一次觸底的時候，這時的水深約為波長的一半。隨著水深的減小，波長和波速逐漸減小，而波高逐漸增大，當深度減小到一定程度時，出現各種形式的波浪破碎。
圖3-4，波浪傳播過程中潛水變形情況。
波浪折射：波浪斜向進入淺水區後，同一波峰線的不同位置將按照各自所在地點的水深決定其波速，處於水深較大位置的波峰線推進較快，處於水深較小位置的推進較慢，波峰線因此而彎曲並逐漸趨於與等深線平行，波向線則趨於垂直於岸線。波峰線和波向線隨水深變化而變化的現象稱為波浪折射。
浙江大學《海岸動力學》考點整理
名詞解釋 15題 2分 30分 第2章1.海浪 風作用於海面產生的風浪 2.湧浪 風平息後海面上仍然存在的波浪或風浪移動到風區以外的波浪。3.規則波不規則波 隨機波浪 規則波波形規則，具有明顯的波峰波谷，二維性質顯著。不規則波波形雜亂，波高，波週期和波浪傳播方向不定，空間上具有明顯三維性質。4.混合...
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