粤东后江湾涨落潮下的碎波带波能与滩面地形时空变化分析

利用涌浪和处于陡滩面、滩面下陡坎和深槽海滩地形条件下的海滩碎波带压力波和滩面地形资料,对碎波带中的入射总波能、长重力波能及两者比值随潮位涨落的变化关系,碎波带动力因子与滩面地形之间的作用关系及典型相关和多维偏交叉谱关系等作了初步分析。结果表明,碎波带中的入射总波能与潮位涨落呈现出一致的变化规律;而碎波带中的长重力波能变化与潮位涨落变化趋势相反;碎波带各动力因子、滩面潜水位和碎波带波浪、潮位及滩面地形引起的滩面陡坎处破波点位置变动等因素的耦合作用,对滩面向海发育和滩面地形变化有重要影响。     

岬间海滩剖面短期变化的动力作用分析

根据粤东寮嘴口岬间海滩重复测量的剖面数据及实测波，风资料，运用交叉谱等方法分析了寮河口海滩剖面短期变化过程的主要动力作用，结果表明海滩短期的变化过程主要是响应风应力，波浪及台风大浪动力的作用。     

海滩体积时空变化和波浪场的奇异谱分析

海滩响应波浪动力作用的变化是海岸带陆海相互作用研究的重要内容.利用奇异谱分解方法对南湾海滩连续实测剖面的体积变化值与南湾逐日波高变化值的相关关系进行了探讨,以诊断分析波浪在海滩变化过程中的内在作用机制,结果表明:(1)海滩体积的时空变化与波浪作用力有明显的相关关系;(2)海滩响应波浪动力作用变化最明显的地方是在中间岸段,在直线岸段次之,在遮蔽岸段最弱;(3)对海滩变化有较强作用的波浪场分别位于近岸及其与上下岬角连线的邻近区域.     

风浪和海洋飞沫对海表面拖曳系数和风廓线的影响

基于埃克曼理论,本文将波致应力和飞沫应力引入到海-气边界层的界面应力中,来研究海表面风浪和海洋飞沫对海-气边界层动量交换的影响,并得到修改后的埃克曼模型的理论解。波致应力是由风浪谱和波增长函数估计,并得到在中低风速下,波致应力、飞沫应力与湍流应力相比,对海表面拖曳系数和风廓线的影响非常小。当风速高于25米/秒时,海洋飞沫通过飞沫应力对海-气界面应力的作用远高于波致应力,以至于波致应力可以忽略。海表面拖曳系数在高风速下,随着风速的增大而减小。通过采用风浪谱的不同波龄,得到海洋飞沫的产生会导致海-气边界层风速的增加。最后,理论解与现场的观察数据进行了对比。对比后的数据表明,在中高风速下,飞沫对海-气边界层的影响远大于表面风浪。     

规则波与不规则波作用下二维砂质海滩冲淤演变规律的研究及其运用

本文在总结、分析前人大量研究成果的基础上,进行了深入的实验分析,得出了影响二维砂质海滩冲淤演变的重要因素,特别是海滩特征坡度与输沙强度参数。运用波能耗散理论,本文推导了海滩冲淤判别式,给出了判别海滩冲淤类型的标准。作者用规则波与不规则波作用下的海滩演变资料进行了验证与比较。结果表明,判别式不仅能较好地判别不同波浪相继作用下的海滩冲淤演变特性,对预报不规则波浪作用下的海滩冲淤特性也有一定的适用性。     

海滩修复工程影响下的低能海岸波浪能量时空分布特征研究

本研究基于第三代海浪模式SWAN(Simulating Wave Nearshore),对茅尾海及其邻近海域波浪场进行了为期1 a的数值模拟,利用实测资料验证了该模型的可靠性。根据模型计算结果分析了茅尾海海域波浪要素的时空分布特征,在此基础上进一步探讨了波浪能量的输入耗散过程以及海滩修复对波浪能量空间分布的影响。研究发现茅尾海海域年平均有效波高空间分布不均,湾外年平均有效波高约0.2-0.4 m,湾内仅0.05-0.15 m,且存在较明显的季节变化特征,夏季波高大于冬季。研究区海域夏季波能输入与耗散项均大于冬季,全年主要的波能耗散过程为底摩擦耗散且空间分布不均,存在波能耗散密集区和稀疏区。海滩修复前后海滩前沿波浪能量分布变化显著,海滩修复后滩面前沿纵向轴线分布波高平均增加23.7%,波能增加63.0%,横向轴线上波高增加百分比随离岸距离的变大而逐渐减小,最大波高增加百分比为13.9%,最大波能增加43.8%。研究结果表明合理的海滩修复工程能够有效提升作用于滩面的波浪能量,从而改善修复海滩的动力条件,降低海滩泥化风险,有利于提高海滩质量。该研究可为低能海岸的海滩修复工程提供一定的科学依据。     

沉积特征和波浪高度对描述海滩平衡剖面的形状参数的影响

形状参数可根据离岸距离和水深来确定海滩平衡剖面的形状。因此，形状参数应描绘所有环境因素对海滩剖面的影响，包括波浪气候和沉积物的特征。然而，所有的前人研究在定义形状参数时所考虑的只是沉积物的特征。本文研究的主要目的是在对海滩剖面定义时加上波浪气候因素，通过海浪波能在破波带上每单位体积的衰减速率来获取其对形状参数的影响。通过研究平衡状态下波浪衰减速率，形成了包括波浪气候和沙滩颗粒大小两种参数的海滩平衡剖面的新的定义理论。研究发现，沉积物的颗粒大小和波浪高度对海滩的形状参数的值有着显著的影响，而波浪周期的影响可忽略不计。通过能量守恒，也可获取在宏观尺度上波浪能量的强度对不同粒度大小的海滩剖面的影响。研究结果可用来解释两个任意拥有相同的沉积粒度海滩剖面，却有着不同的海滩剖面的组成结构。总之，本文通过增加波浪高度因素来定义形状参数，发展了Moore（1982）给出的海滩剖面的描述参数。     

粤西水东弧形海岸海滩剖面的地貌状态

对粤西水东弧形海岸长时段重复测量海滩剖面的因子分析说明了各特征岸段剖面的主要地貌状态。频域分析反映了各岸段海滩体积的月周振动峰值和对波能的响应特征。实测海滩剖面波动过程的计算则指示了当前各剖面的蚀积状态。     

钦州湾人工海滩剖面变化过程

波浪和潮汐作用下的海滩剖面动态变化过程是海岸演变及沿海防护工程设计与旅游资源规划的核心内容。本文以广西钦州湾沙井半岛人工海滩为研究区, 基于GPS-RTK采集的2018年1月—2019年12月的逐月剖面高程实测数据, 通过分析剖面冲淤和单宽体积变化, 利用EOF(Empirical Orthogonal Function)函数揭示剖面的高程变化模式, 进而探讨海滩剖面的动态演变过程。研究的主要结果表明: 1) 在观测期间, 人工海滩剖面的冲淤情况整体展现出冬春季淤积、夏秋季侵蚀的变化特征; 2) 人工海滩剖面因泥沙横向输移而导致不同横向分带的单宽体积变化趋势呈差异性, 不同横向分带具有侵蚀与淤积交替出现的情况; 3) 人工海滩剖面的变化模式可划分为由强降雨及台风导致剖面高程明显降低的主要模式、波潮影响下的剖面高程经历强降雨及台风后逐渐淤积和恢复的次要模式、波浪破碎形成卷流引起滩面冲淤变化的其他模式。     

防波拦沙堤在人工沙滩设计中的应用研究

海滨城市核心区的沙质海滩是吸引人们旅游度假的一道靓丽风景线,无论是自然沙质海滩还是人工沙质海滩,演变稳定后均形成岬湾弧形岸线形态。兴建防波拦沙堤可以对沙滩起到良好的护沙固沙作用,其不仅可以作为沙滩的硬质边界线存在,将岸线塑造成适合养滩的岬湾地形;且能遮蔽外海风浪,在人工沙滩近岸区域形成波高流速均稳定的水域。基于海口湾畅通三期工程中的人工沙滩建设项目,综合分析了防波堤的堤线布置,设计出合适的断面形式,通过建立沙滩海域波浪泥沙XBeach数值模型,分析了防波拦沙堤建设后对近岸水域的掩护效果,经研究发现东西两侧防波堤拦沙堤的设置能进一步减小堤前波高与流速,形成适合铺填人工沙滩的稳定水域;结合二维水沙运动特征及一维岸线模型预测防波拦沙堤设计对人工沙滩的演变影响,揭示出在本设计方案下防波拦沙堤对海滩的掩护效果较好,海滩在常浪作用下将处于动态平衡的特征。     

广东水东湾弧形海岸切线段海滩剖面的过程分析

本文运用因子分析和交叉谱分析方法对广东水东湾晏镜海滩剖面实测数据进行了地貌过程分析.因子分析结果提取了4个主因子,累积方差达90%.这4个主因子分别代表了碎波带的脊-沟过程、冲流带的滩肩过程、引起后滨面切割的侵蚀性裂流-滩角过程和造成上部滩面净侵蚀的潮汐过程.先前波况对海滩剖面的影响通过交叉谱分析表明,平均海面以上海滩单宽体积变化落后于波能变化1.6-3.4d.海滩剖面动态分析显示平均海面以下是净侵蚀场所,平均海面以上则处于动态平衡.海滩主状态目前为脊-沟或低潮台地的中间类型.     

二维沙质海滩剖面形态试验研究

海滩形态是近岸过程与海岸工程的一个重要研究内容,为探讨人工沙滩平衡剖面的形成及其形态特征和波浪作用下的滩面泥沙运动,从泥沙与波浪运动的相似规律出发,采用天然沙以正态整体模型进行二维沙质海滩的形态试验.试验证明人工沙质海滩在波浪作用一定时间之后,其剖面基本趋于一种平衡状态,沙源的向岸推移和向海下拉的情况也基本稳定.试验显示混合波的冲刷要大于单纯斜向波,单纯斜向波的冲刷大于单纯正向波,因此人工沙质海滩施工时应考虑到不同来波方向对剖面的影响.对比各个系列的整个人工沙质海滩剖面变化情况,可以看出整个沙滩剖面呈冲刷形态:从岸向海方向,在滩肩平台上形成一定的沙源堆积体;在滩肩缘到斜坡中部侵蚀最大,在斜坡下部侵蚀较小且向海呈逐渐减小趋势.     

变浅作用下的长周期重力波的实验研究

利用大型水槽设计了在由深水到近岸不同坡度处海浪在变浅作用下诱导产生的长周期重力波的实验。正态随机海浪在深水生成并沿斜坡向浅水传播,记录了不同水深处波面高度随时间的变化过程并进行统计分析和谱分析。实验数据分析结果表明,长周期重力波的能量随着水深的变浅而增高,其谱锋频率位于0.2~0.3fp附近,这里fp是深水正态海浪过程的谱峰频率。长周期重力波的能量与入射波的能量比与波面高度分布的偏度密切相关。进一步分析了两种波动的能量谱峰值比和波面高度分布偏度的相关关系,获得了经验关系,为预测近岸浅水长周期重力波提供了科学依据。     

数值研究非平底地形对畸形波能量结构的影响

采用流体体积(VOF)方法捕捉自由表面,结合有限差分方法求解N-S(Navier-Stokes)方程、k-ε模型封闭,建立数值模型,并使用该模型模拟非平底地形条件下畸形波的生成。采用小波分析方法计算模拟结果的时频能量谱,基于计算结果分析非平底地形对畸形波能量集中程度和高频能量的影响。主要结论为:坡度小于1∶10的斜坡地形和无量纲水深变化小于0.333的曲线地形对畸形波时频能量谱的影响不显著;坡度大于1∶10的斜坡地形和无量纲水深变化大于0.333的曲线地形会显著影响畸形波的时频能量谱,随着坡度和无量纲水深变化的增加,时频能量谱中畸形波发生时刻附近,能量向高频方向移动,使得能量在高频端的分布范围增大,时频谱密度峰值减小;斜坡和曲线地形的特征变化对于畸形波能量集中度参数的影响不显著。     

近岸岛屿周围波生流的数值模拟

基于非结构网格有限体积法的环流模型,建立了相位平均的波流作用模型。模型中考虑了波浪破碎效应的三维辐射应力和波流作用下的扩散系数。通过模拟试验水池中人工岛和天然岛屿周围的波生流,对岛周围波生流的运动特征进行了分析。当波浪垂直入射到均匀斜坡上的人工岛时,岛周围产生回流和对称的环流,流速沿水深分布稍有差异。在天然岛屿中,入射波浪在近岸形成沿岸流。靠近岸线岛屿周围的沿岸流比离岸较远岛屿周围的流速大。这和辐射应力在浅水区域作用有关,岸线区域波生流特征明显。近岸岛屿周围在波浪辐射应力下产生不同的波浪增水,该波浪增水形成压力梯度进而促进岛屿周围的流态变化。     

不同结构形式潜堤上的随机波浪运动

潜堤在海岸保护和促潍保淤中具有重要的意义。工程效益和经济投入受到潜堤结构形式和高度的影响。基于RANS方程和流体体积（VOF）方法的模型，计算不同潜堤上的波浪运动。潜堤形式包括矩形结构、梯形结构、半圆结构和槽形结构。模拟了不规则波越堤时波浪的破碎特征、破波类型以及波高的变化。通过分析流场和波高分布的变化，得到潜堤上波能散耗的规律，并且得出最优潜堤结构形式。讨论了相对堤顶高度、破碎点位置、相对堤顸宽度、波陡和潜堤结构形式等对波能耗散的影响。     

季节性波浪动力作用下南湾弧形岸滩泥沙横向输运特征

响应季节性波候作用的泥沙输运特征是研究弧形海滩地貌变化及港工建筑的重要内容。基于南湾弧形海滩实际测量的冬、夏各11条剖面高程变化资料,将其划分为低潮间带、低中潮带、中潮带、高潮间带、低冲流带、中冲流带及其海滩后滨等7带,在此基础上利用经验正交函数(EOF)方法对各个带的体积变化进行分析,结果表明:1)南湾弧形海滩的泥沙以单向输运为主,并具有季节性变化特征,其中冬季泥沙在东南浪作用下,自陆向海输运,夏季泥沙在西南浪作用下自海向陆输运;2)南湾弧形海滩的泥沙分别在高潮带与中潮带、低冲流带与中冲流带之间存在频繁的双向输运;3)南湾弧形海滩不同岸段泥沙的横向输运因岬角的遮蔽能力、地形以及波浪作用的方向而有所差异。     

北太平洋海表面高度(SSH) 与风应力变化的关系

利用1958-2008年的北太平洋海表面高度和风应力资料,并与ENSO和PDO指数进行相关分析.结果发现,风应力及其经向分量主要通过季节振动影响海表面高度(SSH)的年周期变化,纬向风应力主要通过多年振动影响SSH的ENSO和PDO周期.纬向风应力和SSH均以黑潮延伸体主轴为界,两侧呈现出相反的升降趋势,SSH为北降南升,纬向风应力南降北升.风应力和SSH升降趋势相同,均表现为“上升—下降—上升”的变化特征.在地形变化剧烈、等深线南北分布的海区,西风增强会导致SSH升高,且西侧升高较为明显.北风增强将导致北太平洋西岸SSH升高,东岸SSH降低.     

波致应力的近似求解及其太平洋特征分析

基于波致应力计算中对海浪谱和波浪增长率公式的敏感性分析,选择适当的波致应力近似求解方法,计算和探讨了太平洋波致应力的时空分布特征。敏感性分析中,选择了4种常用的波浪增长率公式和3种经验解析海浪谱。推导了计算波致应力的单波公式,并将其与JONSWAP谱积分公式和Elfouhaily谱积分公式进行比较,同时使用了由风速和有效波高资料构造的Elfouhaily谱积分公式计算太平洋波致应力。结果表明:Belcher等(1993)的波浪增长率计算公式估算的波致应力与实验数据吻合度较好,同时适用ERA-interim数据;当波龄小于1.2时运用Elfouhaily谱积分公式更合适,当波龄大于1.2时运用单波公式更快速有效;太平洋的波致应力分布与风场之间存在明显的相关性;2009年1月、4月、7月和10月太平洋波致应力的季节性特征分析表明四个季节的西风带波致应力较其他地区都更强盛,而在时间变化上1月和10月为波致应力整体较为强盛的时期。     

岬湾海滩剖面中长期变化特征及其控制因素——以青岛石老人海滩为例

了解海滩剖面变化可以更好地理解海滩动态过程。利用2007年5月~2014年12月近8 a青岛石老人海滩剖面的实测资料,计算剖面各段单宽体积变化量及后滨宽度,结合交叉小波和小波相干分析方法,探讨海滩剖面中长期淤蚀变化特征及其控制因素。结果表明,近8 a来海滩剖面表现为侵蚀状态,不同岸段侵蚀程度不同。剖面1岸段侵蚀明显,剖面2和剖面3岸段轻微侵蚀。剖面的变化过程可划分为平稳期、剧变期和微调期3个时期。各时期剖面的季节性变化较复杂,平稳期具冬蚀夏淤的交替变化特征,整体淤蚀量较小;剧变期剖面呈阶段性蚀退,变化幅度相对较大,微调期剖面可能仍处于剧变期的恢复阶段,季节性变化不明显。剧变期和微调期的小波交叉谱和相干谱分析显示,波浪和前滨单宽体积相干性较好,尤其当大于2 m的波高达到10%以上,海滩地形可以和波高变化产生同周期的变化。因此波高变化基本控制了剖面的季节变化。而海滩长周期变化主要受控于风暴潮作用及其漫长的恢复期,沿岸输沙和海平面变化则一定程度上导致了剖面长期侵蚀格局的形成。