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沿岸流不稳定运动传播特性的小波相干谱分析

海洋学报 2021年第6期43卷 118-128页

作者：任春平刘宇赵喜萍太原理工大学水利科学与工程学院山西太原030024

沿岸流不稳定运动属于超低频运动,研究它的传播特性,有助于深入理解其对岸滩演变、污染物、鱼卵等输移、迁移的影响。本文基于小波相干谱对所选实验波况进行了研究,分析了规则波、随机波入射情况下沿岸流不稳定运动传播特性,并讨论了入... 详细信息

沿岸流不稳定运动属于超低频运动,研究它的传播特性,有助于深入理解其对岸滩演变、污染物、鱼卵等输移、迁移的影响。本文基于小波相干谱对所选实验波况进行了研究,分析了规则波、随机波入射情况下沿岸流不稳定运动传播特性,并讨论了入射波高、周期、坡度等对其的影响。结果表明,不规则波更易诱导出沿岸流不稳定运动,且在不规则波情况下,不稳定运动在沿岸方向相距4 m的两个断面上产生的相位差都约为±30°,与波浪入射角相近;随着入射波高的增加,非线性随之增强,更易诱导出不稳定运动,生成的沿岸流不稳定运动周期范围将增大;入射波周期对沿岸流不稳定运动的传播特性影响较小;坡度越陡越易诱导出超低频的不稳定运动。

关键词：沿岸流不稳定运动传播小波相干相位差

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沿岸流非线性不稳定特征数值研究

海洋学报 2017年第7期39卷 26-35页

作者：沈良朵邹志利唐志波倪云林陈维浙江海洋大学港航与交通运输工程学院浙江舟山316022 大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

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... 详细信息

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。

关键词：非线性不稳定非线性不稳定沿岸流不稳定沿岸流

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沿岸流不稳定多模式运动的理论分析

力学学报 2012年第1期44卷 96-105页

作者：任春平邹志利太原理工大学水利科学与工程学院太原030024 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116024

目前对沿岸流不稳定研究比较成熟的理论基础是线性不稳定理论,该理论假定增长率最大的不稳定模式决定着沿岸流的波动特性,但实验分析结果表明对有些情况下该假定难以解释实验中观测到的情况.利用沿岸流不稳定运动的多模式理论分析了实... 详细信息

目前对沿岸流不稳定研究比较成熟的理论基础是线性不稳定理论,该理论假定增长率最大的不稳定模式决定着沿岸流的波动特性,但实验分析结果表明对有些情况下该假定难以解释实验中观测到的情况.利用沿岸流不稳定运动的多模式理论分析了实验中观测到的情况.结果表明沿岸流速度剖面对于沿岸流小稳定运动模式影响很大,特别是速度剖面的变化会导致不稳定模式出现多个模式的情况,即增长率曲线出现多于两个峰的情况.用解析的速度剖面分析了速度剖面前剪切和后剪切同时变化及单独变化对于沿岸流不稳定多模式运动的影响.结果表明对于坡度为1:100的平直斜坡的情况用前剪切不稳定理论可以解释其观测到的现象.

关键词：沿岸流不稳定运动多模式

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沿岸流不稳定运动对时均沿岸流影响

大连理工大学学报 2011年第6期51卷 883-889页

作者：任春平邹志利太原理工大学水利科学与工程学院山西太原030024 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

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... 详细信息

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.

关键词：沿岸流沿岸流不稳定运动波浪破碎辐射应力

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沿岸流控湖泊三角洲沉积演化特征研究

特种油气藏 2019年第5期26卷 14-20页

作者：邱隆伟白立科杨勇强葛君韩晓彤中国石油大学(华东) 山东青岛266580 海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266071 中国石化胜利油田分公司山东东营257077

孤北洼陷南部鼻状构造带沙二-沙三中亚段沉积时期发育了沿岸流控湖泊三角洲沉积。为弄清沿岸流对三角洲沉积演化的控制作用及演化特征,通过岩心观察、粒度分析等手段,结合测井、录井、地震等资料,对研究区三角洲的沉积演化进行详细分析... 详细信息

孤北洼陷南部鼻状构造带沙二-沙三中亚段沉积时期发育了沿岸流控湖泊三角洲沉积。为弄清沿岸流对三角洲沉积演化的控制作用及演化特征,通过岩心观察、粒度分析等手段,结合测井、录井、地震等资料,对研究区三角洲的沉积演化进行详细分析。结果表明:研究区南部缓坡带主要以三角洲沉积为主,三角洲前缘亚相分布面积广泛,粒度特征及岩心观察指示其前缘砂体受强水动力影响,发育大量浪成构造且平面上侧向迁移明显;测井资料及沉积体系发育展布表明了沿岸流作用对其发育演化的控制作用;前缘亚相呈不对称形态,砂坝发育明显,虽受物源供给影响,但沙二-沙三中亚段时期受沿岸流作用控制,导致三角洲向湖盆内推进受到抑制。总体上,沿岸流对于三角洲砂体平面展布及相带发育起到重要的改造作用,对古地貌及古风向的恢复,以及在下一步油气勘探中,有必要考虑沿岸流作用对储层发育和展布所造成的影响。研究结果对孤北洼陷下步勘探具有一定指导意义。

关键词：沿岸流三角洲浪成构造沉积演化孤北洼陷

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沙坝地形上沿岸流不稳定运动模式变化特性

水科学进展 2016年第3期27卷 403-411页

作者：任春平白玉川天津大学水利工程安全与仿真国家重点实验室天津300072 太原理工大学水利科学与工程学院山西太原030024

为研究沙坝地形上沿岸流不稳定运动特征模式变化特性,建立了考虑底摩擦影响的不稳定模型,并用该模型计算了两种沙坝地形（坡度分别为1∶40和1∶100）上的不稳定特征模式,这些模式内容包括不稳定运动波长、传播速度、不稳定增长率和扰动... 详细信息

为研究沙坝地形上沿岸流不稳定运动特征模式变化特性,建立了考虑底摩擦影响的不稳定模型,并用该模型计算了两种沙坝地形（坡度分别为1∶40和1∶100）上的不稳定特征模式,这些模式内容包括不稳定运动波长、传播速度、不稳定增长率和扰动速度场。将这些结果与忽略底摩擦计算结果进行了比较,分析了底摩擦对不稳定特征模式的影响。上述研究表明沙坝地形上不稳定运动传播速度约为时均沿岸流最大值的0.71~0.79;1∶40沙坝地形上产生不稳定运动所用的时间比1∶100地形上更短;底部摩擦可以很大程度上抑制沿岸流不稳定运动的产生;一般观测到的（准）韵律形、新月形沙坝都在后剪切区（紧邻时均沿岸流最大值向海方向区域）产生;不稳定运动在沙坝处运动最强,并且坡度越缓,不稳定运动沿岸方向波长越长。

关键词：沙坝沿岸流不稳定运动双峰速度剖面不稳定模式

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磨刀门口夏冬季沿岸流特征及成因分析

海洋学报 2017年第5期39卷 1-9页

作者：高时友何用卢陈杨裕桂吴门伍中山大学地理科学与规划学院广东广州510275 水利部珠江河口动力学及伴生过程调控重点实验室广东广州510611 珠江水利科学研究院广东广州510611

根据2011—2012年磨刀门口的夏、冬季大、中、小潮定点观测资料,对欧拉余流、斯托克斯余流以及拉格朗日余流进行分析。结果表明:(1)外海测点的欧拉余流和拉格朗日余流,冬季在各潮型下均为一致的西南沿岸方向,夏季除东、西汊道点在强径... 详细信息

根据2011—2012年磨刀门口的夏、冬季大、中、小潮定点观测资料,对欧拉余流、斯托克斯余流以及拉格朗日余流进行分析。结果表明:(1)外海测点的欧拉余流和拉格朗日余流,冬季在各潮型下均为一致的西南沿岸方向,夏季除东、西汊道点在强径流下表现为顺汊道指向外海方向,其余外海各点仍以西南沿岸方向为主;(2)斯托克斯余流远小于欧拉余流,夏季明显大于冬季,方向基本与欧拉余流相反;(3)冬季磨刀门口海域具有稳定西南向沿岸流特征,南海东北季风的驱动作用是其形成的主要原因;夏季磨刀门口各潮型下沿岸流特征各异,其影响的主要因素为径流和风,同时地形的影响不可忽略,特别是拦门沙形成的汊道分流作用,对强径流作用下水沙输移影响十分显著。

关键词：沿岸流磨刀门河口欧拉余流斯托克斯余流拉格朗日余流

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沿岸流对河口和海湾地貌演变影响的研究

沿岸流对河口和海湾地貌演变影响的研究

作者：王金磊大连理工大学

学位级别：硕士

沿岸流对河口和海湾地貌演变有重要的影响,研究沿岸流对该区域地形演化的影响对岸线防护、航道清淤等有重要的意义。本文采用数值模拟的方法研究沿岸流对潮汐通道地貌演变的影响。首先,介绍了计算中采用的数值模型,由水动力模型、泥沙... 详细信息

沿岸流对河口和海湾地貌演变有重要的影响,研究沿岸流对该区域地形演化的影响对岸线防护、航道清淤等有重要的意义。本文采用数值模拟的方法研究沿岸流对潮汐通道地貌演变的影响。首先,介绍了计算中采用的数值模型,由水动力模型、泥沙输移模型和地形演变模型三部分组成,其中水动力模型为同时考虑径流、潮流和沿岸流共同存在时的耦合计算模型,本文将水动力模型、泥沙输移模型和地形演变模型耦合计算,文中同时也给出了其差分方法及求解过程。为了保证数值计算结果的准确性,本文对数值模型进行了验证,通过与Mike模拟结果和实验数据对比验证水动力模型,通过数值模拟结果与解析解对比验证泥沙输移模型,通过与他人模拟结果对比验证地形演变模型。然后,本文分析了沿岸流对河口和泻湖这两种地形流场和地形演变的影响。应用所建立模型研究了径流和沿岸流、潮流和沿岸流相互作用所导致的河口水域和泻湖水域复杂的流场形态和地形变化,结果表明沿岸流和径流、沿岸流和潮流存在着明显的相互作用;沿岸流径流引起的河口地形变化近似等于二者单独作用时的线性叠加,沿岸流对泻湖地形演变的影响包括沿岸输沙引起的近岸处下凹与凸起和沿岸流随潮流带动悬移质泥沙引起口门及泻湖内的冲刷与淤积。最后,采用建立的水流和地形演化耦合计算模型水东湾地貌形态进行模拟,通过对比潮流和潮流沿岸流共同作用时的地形演变特征,分析沿岸流在该区域演化过程中产生的作用主要加强了泥沙在落潮三角州区域的淤积,落潮三角洲形成范围减小、高程增大。

关键词：沿岸流河口海湾地貌演变数值模拟

沿岸流不稳定运动传播特性及其能量变化的研究

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沿岸流不稳定运动传播特性及其能量变化的研究

作者：张雅洁太原理工大学

学位级别：硕士

近年来,由于沿海地区的经济发展,沿岸建设和沿岸环境保护问题逐渐受到人们的重视,沿岸流问题也随之成为热点研究对象。本文以已有的平直斜坡上的沿岸流实验为基础,研究了沿岸流不稳定运动的传播特性和垂直岸线方向的能量变化特性,为今... 详细信息

近年来,由于沿海地区的经济发展,沿岸建设和沿岸环境保护问题逐渐受到人们的重视,沿岸流问题也随之成为热点研究对象。本文以已有的平直斜坡上的沿岸流实验为基础,研究了沿岸流不稳定运动的传播特性和垂直岸线方向的能量变化特性,为今后更深入的研究沿岸流不稳定运动以及近岸低频运动建立一定的基础,因为,这对于更加深入探究近岸复杂水动力学特性具有比较重要的意义。本文研究结果对于近岸污染物、沉积物和泥沙的输移也有一定的参考价值。本文围绕上述内容主要作了以下几方面工作:1.首先基于相关性分析原理,分析沿岸流不稳定运动的传播特性。对所有实验波况（地形分为1:100坡和1:40坡;入射波分为规则波和不规则波）采集到的流速时间历程进行相关性分析,具体而言,对两不同列的流速仪的流速时间历程进行两两相关性分析,得到最大相关系数和对应的延迟时间,再通过确定相关系数相对最大,延迟时间相对较小的两流速仪,由三角形法则得出沿岸流不稳定运动的偏向角,即沿岸流不稳定运动的传播方向,并分析不同地形、波况下产生偏移的原因。结果表明在入射波为不规则波情况下,沿岸流不稳定运动向离岸方向的偏向角在15°到30°左右,且随入射波波高、周期的增大而增大,同时坡度也对结果有一定影响,陡坡时的偏向角明显大于缓坡;沿岸流不稳定运动在入射波为规则波情况下,沿岸流不稳定运动向离岸方向的偏向角在15°左右,入射波的波高和周期对偏向角大小有一定影响,但对于坡度的影响,缓坡时的偏向角明显大于陡坡。之所以沿岸流不稳定运动的方向有一定偏移而非平行于沿岸,在实际情况下,由于垂向环流系统的影响,造成向海方向偏移,并且床底部受海底回流的作用更加强烈,而质量输移流则对其表面附近的作用稍强。2.利用最大熵谱分析沿岸流不稳定运动在垂直岸方向的能量的变化特性,还分析了入射波波况对其能量的变化的影响。对所有实验波况采集到的流速时间历程,进行最大熵谱分析。对某一个波况而言,得到垂直岸线方向每一个流速仪位置处流速时间历程的最大熵谱,进而确定出三个最佳频率,并利用三角函数回归法求出这三个频率对应的幅值。这三个频率中,其中一个为沿岸流不稳定运动,根据波能与振幅的关系,通过幅值的变化来分析沿岸流不稳定运动的能量变化。另外,本文还研究了另外两个最佳频率的特性,并对它们是否为边缘波的猜想进行了判定。结果表明,在距离岸线位置很近时,由于水深较浅,还没有沿岸流不稳定运动的存在,所以此时另外两个低频运动的能量会大于沿岸流不稳定运动;随着沿岸距离的增加,此时沿岸流不稳定运动存在,另外两个低频运动与沿岸流不稳定运动的能量比值呈增大趋势,在平均沿岸流达到最大时达到峰值,之后呈减小趋势。这种变化趋势与沿岸流不稳定运动的变化趋势相同。另外,入射波波高和周期的变化对这两个低频波运动的能量有一定影响,但没有明显的随之增大或减小的趋势;对其他低频成分进行边缘波判定,结果表明在三个最佳频率中只有规则波情况下的0.03（0.04）Hz的低频运动为边缘波波动。3.利用小波互谱研究了沿岸流不稳定运动传播的时间-频率特性。利用小波互谱分析了所有波况下沿岸流不稳定运动传播的时间-频率特性,文中将所有实验波况分为规则波和不规则波入射两类进行分析。基于所获得的小波互相关等值线图,分析入射波高、周期、地形对其传播时-频特性的影响。结果表明,三个主要频率的相关程度都按自身的波动周期沿时滞横轴周期性变化,且相关程度都较高,其中沿岸流不稳定运动的相关系数绝对值峰值达0.8的相关度,在整个时域都有周期变化的时滞和固定的相位差,波动稳定,说明在破波点附近存在着强度较大并且稳定波动的沿岸流不稳定运动。坡度对相关程度具有一定的影响,陡坡情况下的互相关等值线图具有更加明显的周期性和更加集中的峰值,而入射波高、周期对相关程度的影响不大,从整体上来说,由于规则波和不规则波的破波带宽度不同,导致了不规则波的相关程度的峰值绝对值要大于规则波。

关键词：沿岸流传播特性相关性能量变化最大熵谱小波互谱