岛礁地形抛石护岸稳定性试验研究

岛礁地形是一种特殊的海岸形式,国内外学者对波浪在岛礁地形上的传播变形研究较多,但对于岛礁地形上的护岸工程研究较少,缺乏对关键设计参数的研究。以马尔代夫机场岛护岸工程为例,通过比例尺为1:10的波浪水槽物理模型试验,分析研究了3种不同岸坡宽度、4种不同水深和波浪组合工况下的护面块石稳定性。结果表明,前沿岸坡宽度,即护岸坡脚至礁缘之间的距离是影响抛石护岸稳定性的重要因素。在同样水深、波况及护岸块石质量条件下,护面块石的失稳率随岸坡宽度的增加而减小。进一步分析发现,为保障护岸安全,抛石护岸外坡坡脚宜布置于波浪破碎点之后,且与破碎点之间距离不应小于浅水波长的26%,即0.26T$ \sqrt{g h_{\mathrm{e}}}$。     

基于Boussinesq方程的陡峭礁坪上波浪传播变形数值模拟

为了探究应用基于二阶完全非线性Boussinesq方程开发的Funwave-TVD波浪模型模拟波浪在陡峭礁坪上传播变形的可行性,在采用试验及已有文献成果进行可行性验证的基础上,利用该模型模拟了波浪在陡峭礁坪上的传播变形过程,分析了不同波浪要素及不同水深情况下波浪在陡峭礁坪上的传播规律。结果表明:当波高与水深的比值超过一定值时,波浪发生破碎,波高迅速减小;对于深水情况下的陡峭礁坪地形,当波浪离开礁坪坡脚的水平距离为4倍入射波长及更远时,礁坪上的平均波高可降低为稳定值。     

聚焦波在岸礁断面上传播演化的物理模型实验研究

基于水槽物理模型实验,研究聚焦波在理想化岸礁断面上传播演化的水动力过程。岸礁模型前坡坡度为1:4,后接6 m宽的礁坪。通过相位聚焦原理,在岸礁前坡处生成具有JONSWAP谱型的大波高入射聚焦波。利用浪高仪和ADV流速仪阵列测量沿岸礁断面的波浪自由表面和流速历时曲线变化。基于实验数据,重点分析了波面、流速和波浪能谱在波浪传播过程中的演化特征,探讨了礁冠对相关水动力特征的影响。对于所考虑的入射波浪条件,研究发现:礁前斜坡的存在增强了波浪聚焦过程中的非线性作用,波谱能量转移显著,尤其是高频谐波增长明显;无礁冠时,礁坪上的破碎波浪出现明显的重组过程;礁冠有降低礁坪上短周期波动强度和增强长周期波动强度的作用。     

近岛礁波浪传播变形模型试验研究

该文以某典型岛礁地形为研究对象,通过水池模型试验方法对岛礁附近波浪沿程变化、横剖面波高变化和礁坪上波浪变化等近岛礁波浪传播变形特征进行了分析。研究结果表明,波浪从远海传播至岛礁附近,经过礁坪前地形剧烈变化地带时波高增大后迅速减小,并在礁坪边缘与浅水礁坪的衔接段形成破碎带,最后进入浅水礁坪后波高基本由水深控制。     

珊瑚岛礁地下含水层的水-岩作用研究

珊瑚岛礁地下含水层的水-岩作用研究对于岛礁地下水资源开发和保护意义重大。基于西沙珊瑚岛礁水文地质勘察和野外样品采集工作,运用PHREEQC模拟软件初步探讨了地下水水化学组分形成的水文地球化学作用,获得了珊瑚岛礁含水层岩土化学特征并建立了水-岩作用概念模型。研究结果表明:含水层碳酸盐类矿物质量分数占总体97%以上,从上部砂砾沉积层到不整合面下部的珊瑚礁灰岩地层,文石和高镁方解石占比减小,方解石占比增加,出现方解石化。地下水中文石、方解石、白云石的饱和指数与深度呈负相关性,而生石膏的饱和指数和深度具有一定的正相关性。地下含水层的上部水体对碳酸盐矿物的溶蚀作用强于下部高TDS水体。     

孤立波在透水岸礁上水动力特性数值模拟研究

该文为研究孤立波在透水岸礁上传播变形的水动力特性,采用非静压单相流模型,通过设计工况系统分析了孤立波在可透水礁上沿礁传播的变化规律。结果表明:透水层的存在显著降低了孤立波所具有的动能和在礁坪上的速度,也使破碎后的自由液面振荡加剧,最终导致自由液面高度上升;透水层的孔隙率和颗粒的中值粒径对水动力特性影响可忽略不计;入射波高越大,礁坪透水层对波浪消减作用越显著;礁坪水深增大,礁坪上自由液面高度也相应增大;礁坪透水层的存在对波浪反射和透射存在影响。该研究结果为进一步认识珊瑚礁对海啸破坏性的消减和近岸水利工程防护提供了相关参考。     

波浪通过斜坡上潜堤的波能演化实验研究

潜堤是防止海岸侵蚀的常用护岸建筑物,准确的掌握潜堤前后波浪的传播变形规律十分必要.该文以斜坡上梯形潜堤为研究对象,基于波浪水槽实验,通过谱分析探求线性波、非线性波、非规则波通过斜坡上潜堤内部组成能量的变化规律,分析相同的入射波情况下波浪倍频能量演变与堤顶水深大小的关系,得出堤顶水深越小主频能量衰减越大的规律.同时,比较研究线性波与非线性波作用下潜堤前后波能的变化,发现非线性波高倍频能量产生更加剧烈.     

单排三角锥透空圆孔礁坝保滩促淤的试验研究

借助波浪水槽断面模型试验,开展了不同设计水位下的单排三角锥透空圆孔礁坝对波浪的消减作用及对砂质岸滩地形演变和底层水质点运动轨迹影响的研究。由试验资料分析可知:人工礁坝对波高消减、波面形态及波浪爬高有较大影响;人工礁坝会削弱掩护区的水动力强度,减弱波浪挟沙能力,促使超饱和悬沙在礁后落淤,且通过对水质点水平运动离岸流速的阻减,防止底层泥沙产生离岸亏损。本试验研究在一定程度上揭示了人工礁坝的消浪阻流特征及砂质岸滩地形的响应规律,可为人工礁坝在砂质海滩防护中的应用提供依据。     

规则波作用下植物概化模型消波实验研究

开展植物消波研究具有工程意义。分别对植物根、茎和叶模型与不同工况下的规则波进行实验,并对实验段的沿程波高、波形参数、波浪频谱以及波能耗散规律进行分析。结果表明:波浪周期较大时,植物带前端和内部会出现不同程度的水位雍高现象,其非线性先增强后减弱,植被区波浪出现斯托克斯漂移现象。植被区内会产生相对于主频的二倍频波浪,但随着波浪穿过植被区,以二倍频波浪为代表的谐波逐渐消失,能量向主频波浪转移。分别得到了根、茎和叶的波能耗散系数的计算公式,可为采用植物护岸工程提供一定的参考依据。     

植物护岸对波压力的影响试验研究

在堤外滩地上合理地种植适生植物能够起到保护岸滩、消减波浪的作用,是一种有效的生物护岸形式。该研究采用规则波和不规则波模拟河道中的波浪,通过不同滩地水深、不同波高和不同种树带宽度的组合试验,系统分析了防浪林宽度、滩地水深、浪高、波长等因素对刚性树干和带有柔性枝叶的模型树模拟堤外滩地防浪林消浪的影响,以及波高、最大波压力、波浪爬高及堤前底部波浪流速的分布规律; 该文重点研究植物护岸对最大波压力的影响。试验表明:在滩地上种植防浪树可以大大消减波浪能量,降低波浪对大堤的冲击力,从而起到保护堤岸的作用。     

球面正压大气的波谱分析

本文对球面上有基流的正压大气小扰动进行了波谱分析。结果表明，此时存在三支波动：一支涡旋波和一对重力惯性波。实际大气中在扰动尺度不过分小的情况下，当基流的角速度为常数时，这三支波动均为离散谱；而当基流角速度有切变时，则涡旋波有连续谱存在，而重力惯性波则仅有离散谱。重力惯性波的频率远大于涡旋波的频率，前者是快波，后者是慢波，两者频率能明显区分。     

Experimental research on kinematics of breaking waves

One important kinematic propertie of breaking waves is the wave celerity. Constant wave celerity has been used for the wave breaking criterion by many researchers. However, this approach does not consider the variation of wave celerity at different phases before breaking. Hence, this article examines the aspects of the wave breaking criterion and dynamics of wave celerity before wave breaking. Breaking waves were generated using the JONSWAP focused spectrum and a semi-empirical formula for the wave celerity estimation was established.     

THE FREQUENCY MODULATION OF SHORT WAVES BY NON-UNIFORM VELOCITY FIELDS

l.INTRODUCTlONScientistshavelongbeentryingtounderstandthemechanicsofocean,particularlythemotionofwaves,currentsandtides.Inthepastthemainreasonforthisscientificpursuithasbeenthesafetyofships.Recently,incoastalandoffshoreengineering,someurgenttaskshavebeenencountered:thedesignofoffshoreoilrigs,problemsofcoastalerosionandimpact,inshoreandoffshorepollutiontransportation,andsoon.Therecentdevelopmentinremotesensingtodetect,fromSyntheticApertureRadar(SAR),radarwavesBragg-scat-teredbythesea'sfr…     

Revisiting study on Boussinesq modeling of wave transformation over various reef profiles

To better understand the complex process of wave transformation and associated hydrodynamics over various fringing reef profiles, numerical experiments were conducted with a one-dimensional （1D） Boussinesq wave model. The model is based on higher-order Boussinesq equations and a higher-accuracy finite difference method. The dominant energy dissipation in the surf zone, wave breaking, and bottom friction were considered by use of the eddy viscosity concept and quadratic bottom friction law, respectively. Numerical simulation was conducted for a wide range of wave conditions and reef profiles. Good overall agreement between the computed results and the measurements shows that this model is capable of describing wave processes in the fringing reef environment. Numerical experiments were also conducted to track the source of underestimation of setup for highly nonlinear waves. Linear properties （including dispersion and shoaling） are found to contribute little to the underestimation; the low accuracy in nonlinearity and the ad hoc method for treating wave breaking may be the reason for the problem.     

极平缓岸坡上的底部波能损耗

本文分别分析与计算了波浪在粉沙质海床、沙纹海床和淤泥质海床上传播时波高的衰减。研究表明，波浪在粉沙质海床上传播的渗透损耗可以忽略不计；波浪在沙纹海床上传播的底摩阻损耗比平滑粉沙底床上传播的损耗大，前者的摩擦系数约比后者值大一个数量级。波浪在淤泥质海床上传播的能量损耗最大，其损耗机遇也很复杂。为了便于比较，将波浪在淤泥质海床上的衰减换算成等价摩擦系数。并运用宾汉模型和波浪作用通量守恒原理计算了波浪在极平缓淤泥质海滩上传播时的衰减及沿程等价摩阻系数。与连云港波浪观测资料对比，符合较好。此外。理论计算发现沿程等价摩阻系数与水深关系较大，由深水至浅水逐渐增大，且水深越浅，增速越快。     

基于小波变换的畸形波生成过程时频特性研究

畸形波是一种波高极大的灾害性波浪,实测资料的缺乏限制了其研究进展.实验室实现畸形波可控制生成弥补了这一不足.该文将利用小波变换对实验室畸形波生成过程中记录的波面时间序列进行时频分析,研究畸形波生成时的小波谱分布特征,对比畸形波生成前后能量分布和频率组成的区别,得到畸形波生成过程中在时间-频率域内的分布特性和变化规律,并运用这些规律对实测资料中无法识别的畸形波生成阶段进行判别,有助于更深入的掌握这种灾害性波浪的特征.     

斜向流作用下波浪的变形及破碎

当波浪自无流区斜向进入有流区后，不仅波要素发生变化，波浪传播方向也发生变化，即产生折射．作者曾根据线性波浪理论计算了波浪折射后的波要素变化情况。作者也曾通过实验分析和理论计算对正向流作用下波浪的变形及破碎问题进行过详细的研究．为了进一步研究波浪折射对变形及破碎的影响，本文计算和分析了外向流作用下缓坡上规则波浪和不规则波浪的变形及破碎过程，取得了以下两方面的成果：１）正向流作用下波浪的破碎指标及研究方法可以应用于斜向流情况；２）波浪的折射在一般情况下使波高降低，从而使破碎点向浅水方向推移。     

无反射造波数值波浪水槽

本文应用ＶＯＦ方法建立了二维数值波浪水槽模型。基于线性造波机理论在水槽左端设置了可吸收式造波机数值边界条件。即造波板的运动除了产生行进波外，同时还产生一个抵消反射波的局部波动。水槽右端除了通常的可滑移与无滑移直墙边界条件外，依据线性辐射条件建立了开边界条件。通过水槽右端为直墙时的全反射情形，比较了可吸收造波机与普通造波机的速度变化与波面变化。文中在Ｈ０／ｄ＝０．１￣０．３，ｄ／Ｌ＝０．１２４￣０．