海岸动力学严以新试卷及答案

1、第一章1. 1建立简单波浪理论时，一般作了哪些假设？ 1. 2 试写出波浪运动基本方程和定解条件，并说明其意义。1. 3 试写出微幅波理论的基本方程和定解条件，并说明其意义及求解方法。1. 4 线性波的势函数为gh coshk h z 9 sin kx ot 2o cosh kh证明上式也可写为Hc coshk h z 9 sin kx ot 2 sinh kh 1. 5由线性波的势函数证明水质点轨迹速度nH coshk h z u coskx ot T sinh kh nH sinhk h z ro sin kx ot T sinh kh 并绘出相位 kx ot 02 n时自由表面处的质点轨

2、迹速度变化曲线以?跋辔坏扔?0，n /2, n，3 n /2和2 n时质点轨迹速度沿水深分布。1. 6试根据弥散方程，编制一已知周期T 和水深h计算波长、波数和波速的程序，并计算出T 9s，h分别为25m和15m 处的波长和波速。1. 7证明只有水深无限深时，水质点运动轨迹才是圆。1 pgH 28证明线性波单位水柱体内的平均势能和动能为16。1. 9在水深为20m 处，波高H 1m，周期T 5s，用线性波理论计算深度z-2m、-5m、-10m 处水质点轨迹直径。1. 10在水深为10m处，波高H 1m，周期T6s，用线性波理论计算深度z-2m、-5m、-10m处水质点轨迹直径。1. 1在某 水

3、深处的海底设置压力式波高仪，测得周期T 5s，最大压力p max 85250 N / m 2包括静水压力，但不包括大气压力，最小压力p min 76250 N / m 2，问当地水深、波高是多少1. 12若波浪由深水正向传到岸边，深水波高H 0 2m，周期T 10 s，问传到lkm长的海岸上的波浪能量以功率计有多少？设波浪在传播中不损失能量。1. 13 在水深为5m处，波高H 1m，周期T8s，试绘出二阶斯托克斯波与线性波的波剖面曲线及近底水质点速度变化曲线并 比较之。1. 14如果二阶斯托克斯波n的附加项非线性项的振幅小于线性项的 5%时，可以略去附加项而应用线性波理论，问在深水处应用线性波

4、理论的最大允 许波陡是多大？在相对水深h/L0. 2处应用线性波理论的最?笤市聿H赣质嵌啻蟆?1. 15在水深为5m处，H 1m，T 8s，试计算斯托克斯质量输移速度沿水深的分布并计算单位长度波峰线上的质量 输移流量。1. 16试述波浪频谱和波浪方向谱的意义。1. 17 已知一波浪系列的有效波高H s为4. 7m，有效波周期为4. 7s，问该波列的平均波高是多少？大于6m的波高出现的机率是多少？第二章1试述波浪守恒和波能守恒的意义何谓波浪浅水变形2. 2何谓波浪折射？斯奈尔折射定律意义何在2. 3若深水波高厅H s lm，周期T 5s，深水波向角a 0 45，等深线全部平行， 0波浪在传播中不

5、损失能量，计算在水深 h 10m、5m、2m 处的波高用线性波理论。2. 4上题中求水深h 10rn、5m、2m处底部水质点轨迹速度的最大值及床面剪切应力的最大值，假定床面平坦，泥沙粒 径D 0. 01mm。2. 5若深水波高厅H 0 1m，周期T10s，等深线全部平行，波浪正向入射，波浪在传播中不损失能量，分别用线性波 理论及考虑非线性影响用岩垣公式求水深h 2m处的波高。2, 6若波浪由深水正向传到浅水，深水波高为H0，周期为T，海床底坡为 m，波浪没有折射，但必须考虑底部摩阻损失，已知摩阻系数为f w，试编制一计算浅水中任一点的波高的程序。2. 7当波浪斜向进入浅水区时，若海底等深线平行

6、，证明：两相邻波向线在任意水深处 所截的等深线段为常数，由此证明任意点的折射系数cos a 0 kr cos a其中a 0 为深水波向角，a为该点的波向角。2. 8在深水中，1s、5s、10s周期的波浪不破碎可能达到的最大波高是多大？在水深为10m处及水深为lm 处可能达到的最大波高各为多大？设海滩坡度极为平缓。2. 9若海滩波度为1/20，深水波高厅H 0 1m，周期T5s,等深线完全平行，求波浪正向入射时，波浪在海滩上破碎时的破波水深及破波 高。2. 10上题若波浪斜向入射，深水波向角a 0 450，求破波水深及破波高。11 一个波流共存场，已知水深h 20m，无流时的波周期Ts 10 s

7、，高H s2m，波波浪传播方向与水流方向夹角为1500，试求出波流共存时的波长、波速和波高。第三章3. 1近岸流方程是如何得到的？简述方程中各项的物理意义。3. 2简述辐射应力在浅水区和破波带的变化规律。3. 3波浪增减水是如何发生的3. 4 波浪斜向入射平直海滩时沿岸流的生成机理是什么3. 5假定波浪斜向入射平直海岸，等深线相互平行，深水波角为a 0，深水波高为H 0，试根据能量守恒和Snell定律导出破波带外平均水位n x的表达式。3. 6 波浪斜向入射平直海岸，等深线相互平行，试证明破波带外从深水到浅水S xy 沿程不变。3. 7若等深线平行，深水波高H 0 2m，周期T 8s，深水波角

8、a 0 300，海滩坡度m 1/30，问碎波带内平均沿岸流流速有多大Nn 1 K m P 0.358上题若取yC f C 0.01，若考虑侧向混合影，摩阻系数f响，计算沿岸流流速在海滩横断面上的分布。3. 9假定海滩坡度均匀一致，岸线平直，波浪正向入射，沿岸方向波高不等，破波Hb高度的沿岸梯度y为已知。垂直于岸线的流速可忽略不计，不考虑侧向掺混。试根据沿岸流控制方程 ，导出沿岸流速度表达式。第四章4. 1平衡潮理论和实际潮汐的差异是由哪些因素造成的/ 4. 2简述地球自转对外海潮流的影响。4. 3简述自转力对河口潮汐和潮流的影响。4潮波进入河口后会发生哪些变化4. 5简述潮波在大陆架的传播特征

9、。4. 6 无潮点是如何形成的4. 7半封闭狭长海湾发生共振的条件是什么？如湾口开边界处外海潮波周期为12. 4h， 海湾水深为50m，那么海湾长度为多大时会发生共振？简述共振时海湾内水面变化特征。8河口的宽度和深度向口门方向呈线性缓慢增加，在口门x l处，h0，B0， h Bn t H cos at 2。试确定河口水面的沿程变化。4. 9 有一狭长海峡，宽为30km，长为766km，水深沿程不变为 30m，海峡地处北纬350，该处潮汐为正规半日潮，周期为12h25min，潮波振幅n 0 1.5m，传播方向自海峡左端传向右端。若将x轴置于海峡中心线，原点置于海峡左端，试求该自由潮波不考虑摩阻影

10、响受地转影 响后，在y 0，7. 5，15km处的凯尔文波的振幅及潮流速最大值。4. 10 上题中如果将海峡在右端x766km处封闭，试绘出海峡内的同潮时线及等振幅线。4. 11海峡中自由潮波考虑摩阻不考虑地转影响时，达西一韦斯巴赫摩阻系数为一50.25 x10，用题4. 9中的数据，计算：a在 x 766km处的潮波振幅及潮流流速最大值；b潮流和潮位的相位差；c潮波波长及传播速度。第五章5. 1简述波浪从深水经浅水到岸边的传播过程中，泥沙运动方式的变化过程。5. 2 简述沙纹床面上泥沙悬浮的基本机理。5. 3波浪作用下床面泥沙受到哪些作用力4波浪作用下推移质输沙的准稳定流模型的物理意义是什么

11、5. 5 简述沙纹波长与波浪水质点运动轨迹直径的比值对泥沙运动的影响。5. 6 影响离岸一向岸输沙方向的主要因素有哪些5. 7破波作用下含沙量垂向分布的特点是什么5. 8 “载沙量”的物理含义是什么5. 9 波浪正向入射海岸，波高为3m,周期为15s。在水深20m处，波浪作用下泥沙 起动的最大粒径为多大v 10 6m2/s 5. 10海床泥沙粒径D 0. 2mm，深水波高H 0 2m，周期为5s,波浪无折射，问泥沙在多大深度上开始运动5. 11在8m水深处，波高为 2. 5m，周期为8s，泥沙粒径0. 4mm，床面为平坦，问泥沙是否起动？若当地有一与波向相垂直的宽度为 200m的挖槽，问一昼夜

12、槽内的泥沙平均淤积厚度是多少淤积后泥沙的空隙率为 0.4 5.12上题若波浪水质点速度用二阶斯托克斯波理论计算，仅考虑波浪水质点速度不对称 的影响，问单位长度波峰线上的推移质输沙率是多少按淤积状态的体积输沙率计 5. 13层移运动发生的界限是M 240，若海滩波度为1/30，泥沙粒径D 0. 2mm，破波高为2m，破波水深为2. 5m，问碎波带内多大宽度范围内的泥沙运动为层移运动5. 14在6m 水深处，波高H 2m，周期T 5s，床面平坦，泥沙粒径D 0. 1mm沉速 0.009m / s，f0.0075，求悬移质含沙量以kg / m3计沿水深的分布。5. 15 上题中若潮流速uc 0. 8

13、m/s沿水深平均流速，用贝克尔方法计算潮流与波浪共同作用的全沙输沙率，沙纹因子 p取1。5. 16波高为3m，周期为15s的波浪在水深为20m 的水平底上传播，泥沙中值粒径为0. 8m。稳定流方向与波向垂直，其表面速度为o. 4m/s，试计算悬移质输沙率和总输沙率。第六章6. 1某海滩坡度为 1/20，深水波高H0 2m，周期Tl0s，组成海滩的泥沙粒径为0. 4mm。试用不同方法判断该海滩剖面的最终形式及 泥沙向离岸运动的情况。6. 2某平直海岸修建一长500m 的突堤，试根据以下条件求岸线变形情况1已知滩肩顶面标高为2m，泥沙发生全面移动处的界限水深为8m，深水波条件为 H0 0. 5m，

14、T 5s，a0 300。试根据一线模型理论解求建堤3年后的岸线位置，并求上游淤积到达突堤堤头的时间。已知式6-23中的系数K 可采用第五章中的沿岸输沙率公式确定。2如果沿岸输沙上游侧还有河流来沙，其供沙率为10万m3 / yr，且河流来沙中占总重20%的颗粒小于海滩泥沙的最小粒径。试编制计算 机程序求建堤1年后的岸线位置。2005-2006学年第二学期海岸动力学期末试卷答案（港航03级）一、填充：1.energy flux mass transport 2.wave set-down wave set-up 3.wave steepness bottom slope4.frequency sp

15、ectrum directional distribution function 5.to express them by representative wavecharacteristics in the statistical sense to describe them via the energy spectrum method 6.turbiditymaximum 7.solitary wave 8.wave diffraction二、问答： 1. 1. The settling process in the laboratory column is representative f

16、or the settlingprocess in the slack water period of a tidal cycle. At higher flow velocities the settling velocitiesnear the bed may be significantly reduced due to the presence of disruptive shear forces in theboundary layer. Larger flocs will be broken down in smaller flocs the latter being resusp

17、ended inthe flow. 2. 2.不考虑侧向混合时，沿岸流速呈三角形分布，在破波线处，沿岸流速最大，而在破 波点外，没有沿岸流，因而在破波点流速分布不连续。考虑侧向混合时，由于侧向 紊动动量交换，促使破波带内沿岸流动量向带外扩散，发生流速再分布。沿岸流速 分布趋于平坦，最大流速位置向岸线靠拢，且破波带外流速增强。3. When a wave crest reaches the location of a sand ripple the bed particles move along thebottom surface in the direction of wave propag

18、ation as bed load material hence the sand ripplesadvance in the same direction. When a wave trough approaches the vortex formed behind thesand ripples is lifted upward with the suspended sediment transported in the opposite direction towave propagation disperses and finally drops to the bottom. Ther

19、efore the difference between theamount of sediment transported as bed load in the direction of wave propagation and thattransported as suspended sediment in the opposite direction determines the direction and amountof net transport. 4. At very large concentrations the vertical fluid flow can be stro

20、ng that the upward fluid dragforces on the flocs become equal to the downward gravity forces resulting in a temporary state ofdynamic equilibrium with no net vertical movement of the flocs. This state which occurs close tobed generally is called fluid mud. 5. 2 2 0 h y n s x s x 2 y 2 9 y h 0 y 9 y

21、0 gn 0 t n 9 y 0 t y三、填图 spilling breakers, plunging breakers surging breakers offshore inshore foreshore backshore wave convergence wave divergence 四、证明:Problem 1 According to the equation ag cosh k h y 9 sin kx ot o cosh kh velocity u may be written 9 gTH cosh2n z h / L 2nx 2nt u cos x 2L cosh2nh

22、/ L L T Since T 1 L c Therefore 1 gH cosh2n z h / L 2nx 2nt u cos c 2 cosh2nh / L L T By the equation gT 2nh c tanh 2n L Hence nH 1 cosh2n z h / L 2nx 2ntu cos T tanh2nd / L cosh2nh / L L T 2nd sinh 2nd / L tanh L cosh2nd / L Therefore nH cosh2n z h / L 2nx 2nt u cos T sinh 2nh / L L T五、计算 1.Using e

23、quation: gT 2 4n 2 d L - tanh 2n T2 g Therefore: g 9 2 4n 2 15 L - tanh 2n 9 2 g 100.5 m gH coshk z h 9 sin kx ot 2o coshkh 9 sinh k h y v ao sin kx ot hence y sinh kh sinh k h y v ao sin kx ot sinh kh 2n sinh 15 5 5.5 2n 100.5 n sin 2 9 sinh 2n x 15 3 100.5 1.03m / s umax 8rs / r 1 gd 50 0.5 The threshold flow velocity for sand moti