沿岸流不稳定运动研究进展

沿岸流不稳定运动目前已成为一个研究热点,对于沿岸流不稳定的研究对于近岸泥沙、污染物输移以及海岸养护等都有很重要的意义。本文详细介绍了沿岸流不稳定运动的研究进展,具体包括沿岸流不稳定运动现场以及实验室实验研究进展,沿岸流线性不稳定理论,非线性不稳定理论以及沿岸流不稳定运动产生的其它理论分析。结果表明国外对于该问题的研究(主要是有关不稳定理论方面)已经取得很多成果,但国内目前很少,并且现在对沿岸流不稳定研究比较成熟的理论基础是不稳定理论,该理论都假定增长率最大的不稳定模式决定着沿岸流的波动特性。但对于多模式不稳定运动的研究还基本没有,对于沿岸流不稳定运动三维特性的研究(包括数值研究及实验研究)也基本没有报道。所以这两个方面可能是以后对该问题研究的重要方向。

沿岸流不稳定运动对时均沿岸流影响

通过物理模型实验以及数值方法研究了沿岸流不稳定运动对时均沿岸流的影响.首先简要介绍了沿岸流不稳定运动测量实验并给出了测量结果;然后建立了考虑沿岸流不稳定运动的数学模型,该模型中引入了沿岸流不稳定运动引起的辐射应力项,为了使数值分析与实际情况相吻合,该模型中考虑沿岸流不稳定运动引起的辐射应力由实验中观测到的结果求得.利用求得的应力项,粗略分析了沿岸流不稳定运动引起的侧混系数的范围,结果表明该范围为0～0.04.利用该模型数值分析了沿岸流不稳定运动对时均沿岸流的影响,结果表明其影响很小.

沿岸流不稳定运动实验研究

沿岸流不稳定运动对沿岸输沙及岸滩演变有重要影响。为了更深入地研究沿岸流不稳定运动特征,本文在1∶100和1∶40两个坡度下进行了沿岸流不稳定运动实验研究,并从其时间历程的谱特征和示踪图像两个方面对实验结果进行了分析。结果表明:1∶100坡度规则波作用下产生的沿岸流存在明显的周期摆动,而1∶40坡度情况下的周期摆动不明显;不规则波情况与之类似,只是相应情况下的墨水摆动有点紊乱,没有规则波的摆动整齐;波高越大,非线性不稳定运动越明显,涡旋也越剧烈。沿岸流不稳定运动主要由线性不稳定、非线性不稳定倍周期、平均沿岸流沿岸不均匀以及其他涡运动等的影响引起。

缓坡沙坝海岸波生沿岸流不稳定性特征

为研究沙坝对沿岸流不稳定运动特征的影响,本文开展了缓坡沙坝海岸沿岸流不稳定运动特征实验和理论分析,通过对流速时间历程的谱特征和示踪图像2方面进行研究,并讨论沙坝对沿岸流不稳定运动的影响。结果表明:1∶100坡度缓坡沙坝海岸的沿岸流存在明显的周期摆动,波动周期为100 s~150 s,且规则波的波动周期略大于不规则波情况。沙坝对沿岸流不稳定运动的影响,是通过对沿岸流速度剖面的改变来实现的,沙坝控制着沿岸流速度剖面峰值位置,从而控制沿岸流不稳定增长率和运动周期,这使得沙坝海岸与斜坡海岸沿岸流不稳定运动波动周期存在差异。

潜堤对平均沿岸流及沿岸流不稳定的影响

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水动力特性十分必要.本文以斜坡上梯形潜堤为研究对象,基于港池沿岸流实验,通过变换潜堤的位置来分析潜堤对平均沿岸流的影响,通过增加潜堤来观察其对沿岸流不稳定波动频率的影响.结果表明,潜堤离岸越近,垂直岸方向的沿岸流分布有向岸偏移的趋势,同时,会使得沿岸方向上游流速增加越大,使总的沿岸方向的流速分布更均匀;增加潜堤会使沿岸流不稳定某些频率的波动明显加强,同时也会使沿岸流不稳定波动出现新的高频部分.

沿岸流不稳定运动对边缘波影响的实验研究

利用小波变换分析了1:100和1:40平直斜坡不规则波条件下沿岸流不稳定运动对边缘波的影响;沿岸流不稳定运动在垂直岸线方向和沿岸线方向时空变化特性;坡度对沿岸流不稳定运动的影响;沿岸流不稳定运动在实验室内的可重现性.结果表明:边缘波可以和沿岸流不稳定运动同时在垂直岸线方向和沿岸方向存在.在垂直岸线方向边缘波(波动周期20 s)的能量分布比沿岸方向更加明显,并且不会和沿岸流不稳定运动(波动周期100 s)有能量交换.而在沿岸方向,边缘波(波动周期20 s)的能量不再像垂直岸线方向更加周期性的出现,而且还和沿岸流不稳定运动(波动周期100 s)的能量有交换,特别是在均值沿岸流最大值附近.在时均沿岸流最大值附近,沿岸流不稳定运动获得能量的时间最早,而从这个位置向向岸和向海方向则开始逐渐延后;从地形影响角度看,坡度增大使得沿岸流不稳定运动在垂直岸线和沿岸方向的能量增强,并且在沿岸方向增大的程度要大于垂直岸线方向的.通过实验结果分析,相同实验条件下沿岸流不稳定运动有一定的可重现性.

沿岸流非线性不稳定特征数值研究

当不稳定剪切波的波幅达到有限幅值之后,需要用非线性不稳定模型来分析沿岸流不稳定运动特征。本文通过建立并验证沿岸流非线性不稳定数学模型,在讨论该模型参数对沿岸流不稳定影响的基础上,率定实验中的模型参数并利用该数学模型模拟了实验中沿岸流不稳定的发展过程及其特征,主要结论有:(1)底摩擦系数越小,侧混系数越小,不稳定发生的时间越早,不稳定的波动幅值越大;(2)沿岸流非线性不稳定演化可能出现的5个阶段(线性阶段、倍周期阶段、大周期阶段、波群阶段以及不规则阶段),实验中出现的沿岸流通常处于线性阶段或非线性倍周期阶段,倍周期阶段的涡旋是由线性阶段的涡旋发生追赶、配对直至合并产生的。涡旋配对以碰撞的形式发生,大部分能量转移至追踪波,然后以较慢的涡旋速度沿岸传播。