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近岸波动平均水动力方程与波浪漫滩边界耦合的理论模型

2021-01-08朱首贤张文静

科学技术与工程 2020年34期

朱首贤,李 岩,张文静,陈 阳

(1.河海大学海洋学院,南京 210098; 2.国防科技大学气象海洋学院,南京 211101)

海岸是人类重要活动区域,海岸维护对于经济发展和防灾减灾有重要意义。但是,近年来世界各地海岸的海滩普遍侵蚀[1],海岸稳定性问题备受关注。中国海滩侵蚀也很严重,70%左右的沙质海岸线和几乎所有开阔的淤泥质岸线均存在海岸侵蚀[2]。海岸维护需要深入开展近岸水动力和泥沙运动研究。

波浪对近岸水动力和泥沙输运有重要影响。波浪向岸传播过程中,海水变浅使得波高增大,波动质点运动和波动传播速度也发生变化,当波峰质点水平运动速度大于波动传播速度时,发生波浪破碎(surf),又称为“拍岸浪”“击岸浪”“激浪”“破浪”等[3]。波浪继续向岸传播,水陆分界线随波峰向岸推进、随波谷向海回退,在一个波动周期中滩地出现被海水淹没和露出水面的过程,这是波浪漫滩(swash),或者称为波浪爬高、波浪上爬、冲流、溅浪[3]。拍岸浪区带水流紊动强,泥沙运动活跃,一直是近岸水沙和冲淤研究的核心内容[2]。波浪漫滩区最显著的运动是未破碎驻波或破碎短波产生的垂直岸方向的海水来回摆动,使得泥沙运动活跃,其泥沙浓度有时比波浪漫滩区高几个数量级[4-5]。波浪漫滩区在沿岸方向也有海水运动,它不如垂直岸方向的海水运动显著,但是,它对泥沙输运也有重要影响,有些研究[5-6]甚至表明,波浪漫滩区沿岸流的泥沙输运有时占整个近岸区域沿岸方向泥沙输运的50%。……

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