防浪建筑物影响下珊瑚礁海岸波浪传播变形试验
发布时间：2021-03-24 04:12
通过测试一系列不规则波工况研究了防浪建筑物存在下珊瑚礁海岸附近短波、低频长波和增水的变化规律,并对比了防浪建筑物的不同位置情况。分析结果表明:波浪在沿礁传播过程中,短波波高沿礁坪持续衰减,低频长波波高沿礁坪逐渐增大,波浪增水则沿礁坪基本保持不变;海岸附近短波随着防浪建筑物与礁缘距离的变大而减小,低频长波则在防浪建筑物处于礁坪后部时达到最大,防浪建筑物位置的变化对于礁坪波浪增水的影响可以忽略。通过理论分析证明了珊瑚礁地形上低频长波是由于群波破碎造成的破碎点移动而产生的;当特定波况作用于特定位置的防浪建筑物时,低频长波在礁坪上会发生一阶共振效应导致其能量在海岸附近达到最大值。
【文章来源】：海洋工程. 2020,38(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
试验设置
图2以典型工况(HS0=0.08 m,TP=1.5 s和hr=0.05 m)为例，展示了4种防浪建筑物位置L影响下4个代表性测点G1(远海处)、G5(礁缘附近)、G7(礁坪中部)和G9(海岸线附近)的波浪频谱图，图中垂直虚线为短波和低频长波的界限频率，波浪频谱通过对数据采样中200～1 200 s的数据进行快速傅里叶变换并每隔40个相邻频段进行平滑处理后得到。由图2可知，G1附近存在少量的低频长波能量，这是由受到的礁体反射的低频长波造成的[14]。在G5附近，波浪发生破碎，短波区间尤其是短波的主频附近(f=0.67 Hz)能量衰减剧烈，低频长波区间能量有了一定的增长，这是由于群波效应引起的破碎点移动产生了低频长波(见2.3节)。波浪在礁坪上继续向岸传播时，短波能量由于礁坪摩擦继续减少，低频长波能量由于共振放大效应而沿礁增大(见2.3节)。波浪传播到达海岸附近(G9)时，短波能量已大幅削弱，而低频长波能量则达到最大值。对于不同L的情况，短波的能量随着L的增加而减小，特别是在海岸附近(G9)，仅在L=2 m时在主频附近剩余少许能量;低频长波的能量随着L的增加而减小，但是L=6 m时的能量要略大于L=8 m，这与图4(b)对应，其对应的机理也将在2.3节进行解释。图3展示了典型波浪工况(HS0=0.08 m,TP=1.5 s和hr=0.05 m)时，无量纲短波波高HSS，低频长波波高HIG和平均水位在不同防浪建筑物位置L情况下的沿礁变化规律。
图3展示了典型波浪工况(HS0=0.08 m,TP=1.5 s和hr=0.05 m)时，无量纲短波波高HSS，低频长波波高HIG和平均水位在不同防浪建筑物位置L情况下的沿礁变化规律。由图3可知，波浪在沿礁向海岸线传播的过程中，在礁缘(x=0)附近发生破碎，消耗大量能量，HSS迅速减小;在礁坪上传播时，由于礁坪存在一定的摩擦，HSS沿程继续减小。观察HIG发现，HIG从波浪发生破碎的礁缘附近开始增大，一直到海岸线附近HIG达到最大，这是由于群波礁缘附近破碎后破碎点的移动产生了低频长波，而低频长波在礁坪上发生了共振放大效应(见2.3节);对于平均水位，当波浪作用礁前斜坡时，由于浅化作用首先产生减水效应，波浪在礁缘附近开始破碎后-η开始持续增加，破碎结束后表现为增水，到海岸线附近基本维持不变。同时进一步对比不同的防浪建筑物位置可知，随着L的增大，HSS沿礁坪的衰减由于摩擦损耗的增大而加剧，但是HIG和沿礁坪分布趋势几乎没有变化。
本文编号：3097033
【文章来源】：海洋工程. 2020,38(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
试验设置
图2以典型工况(HS0=0.08 m,TP=1.5 s和hr=0.05 m)为例，展示了4种防浪建筑物位置L影响下4个代表性测点G1(远海处)、G5(礁缘附近)、G7(礁坪中部)和G9(海岸线附近)的波浪频谱图，图中垂直虚线为短波和低频长波的界限频率，波浪频谱通过对数据采样中200～1 200 s的数据进行快速傅里叶变换并每隔40个相邻频段进行平滑处理后得到。由图2可知，G1附近存在少量的低频长波能量，这是由受到的礁体反射的低频长波造成的[14]。在G5附近，波浪发生破碎，短波区间尤其是短波的主频附近(f=0.67 Hz)能量衰减剧烈，低频长波区间能量有了一定的增长，这是由于群波效应引起的破碎点移动产生了低频长波(见2.3节)。波浪在礁坪上继续向岸传播时，短波能量由于礁坪摩擦继续减少，低频长波能量由于共振放大效应而沿礁增大(见2.3节)。波浪传播到达海岸附近(G9)时，短波能量已大幅削弱，而低频长波能量则达到最大值。对于不同L的情况，短波的能量随着L的增加而减小，特别是在海岸附近(G9)，仅在L=2 m时在主频附近剩余少许能量;低频长波的能量随着L的增加而减小，但是L=6 m时的能量要略大于L=8 m，这与图4(b)对应，其对应的机理也将在2.3节进行解释。图3展示了典型波浪工况(HS0=0.08 m,TP=1.5 s和hr=0.05 m)时，无量纲短波波高HSS，低频长波波高HIG和平均水位在不同防浪建筑物位置L情况下的沿礁变化规律。
图3展示了典型波浪工况(HS0=0.08 m,TP=1.5 s和hr=0.05 m)时，无量纲短波波高HSS，低频长波波高HIG和平均水位在不同防浪建筑物位置L情况下的沿礁变化规律。由图3可知，波浪在沿礁向海岸线传播的过程中，在礁缘(x=0)附近发生破碎，消耗大量能量，HSS迅速减小;在礁坪上传播时，由于礁坪存在一定的摩擦，HSS沿程继续减小。观察HIG发现，HIG从波浪发生破碎的礁缘附近开始增大，一直到海岸线附近HIG达到最大，这是由于群波礁缘附近破碎后破碎点的移动产生了低频长波，而低频长波在礁坪上发生了共振放大效应(见2.3节);对于平均水位，当波浪作用礁前斜坡时，由于浅化作用首先产生减水效应，波浪在礁缘附近开始破碎后-η开始持续增加，破碎结束后表现为增水，到海岸线附近基本维持不变。同时进一步对比不同的防浪建筑物位置可知，随着L的增大，HSS沿礁坪的衰减由于摩擦损耗的增大而加剧，但是HIG和沿礁坪分布趋势几乎没有变化。
本文编号：3097033
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