【摘要】：為揭示潮汐流影響下珊瑚島礁附近波浪的運動特征,通過波流水槽試驗對潮汐流存在下規(guī)則波的傳播變形和增水規(guī)律進(jìn)行了研究,測試了一系列的潮汐流流量并對比正向流、反向流以及無流的情況。研究結(jié)果表明:反向流使波浪破碎點向遠(yuǎn)海側(cè)移動,正向流則使其向海岸側(cè)移動,反向流存在時破碎帶內(nèi)的湍流較正向流時更為劇烈;反向流時破碎點附近入射波能量由主頻波向高次諧波發(fā)生轉(zhuǎn)移更為顯著;潮汐流的存在對波浪反射、透射和能量耗散并無明顯影響;正向流造成礁坪上波浪增水減少,反向流則促進(jìn)增水的增長,增水最大值與潮汐流流量間存在顯著的線性關(guān)系。研究成果可望為島礁工程的建設(shè)和維護(hù)提供一定的理論參考。
【圖文】：

第4期姚宇，等:潮汐流影響下珊瑚島礁附近波浪傳播變形和增水試驗615和增水特征進(jìn)行研究，，重點探討潮汐流大小和方向變化時波浪的破碎、反射、透射、能量耗散、高次諧波的生成以及波浪增水的變化規(guī)律。1試驗設(shè)置物理模型試驗在長沙理工大學(xué)長45m、寬0.5m、高0.8m的波流水槽中進(jìn)行，試驗設(shè)置如圖1所示，水槽左端為一臺活塞式造波機(jī)，距造波機(jī)約41m的另一端設(shè)有坡度為1∶8的斜坡模擬礁后岸灘，斜坡上覆蓋有多孔吸波材料，以減小波浪反射。珊瑚礁概化模型根據(jù)弗洛伊德相似定律，根據(jù)Hench等［14］在法屬波利尼西亞莫雷阿島的現(xiàn)場觀測，按1∶20的幾何比尺由聚氯乙烯板建造，具體設(shè)置為:在距造波機(jī)27.3m處設(shè)置坡度為1∶6的斜坡模擬礁前斜坡，其后連接長度為7m的水平平臺模擬礁坪，礁坪距水槽底部0.35m，礁坪末端通過另一個斜坡與水槽底部相連接，從而使礁坪與礁后岸灘之間的區(qū)域形成了一個“瀉湖”。為了保證模型的穩(wěn)定性，整個模型由懸掛在水槽壁上的不銹鋼桿固定，并使用玻璃膠密封模型與水槽壁以及與水槽底的間隙。運用直徑為240mm的圓形管道將瀉湖底部和造波機(jī)附近的槽底相連來模擬裂口，以實現(xiàn)由礁體、瀉湖、裂口構(gòu)成的2DH環(huán)流系統(tǒng)。管道中部設(shè)有變頻造流泵和流量計，可通過在管道中生成設(shè)計流量的正向或反向的強(qiáng)迫流來實現(xiàn)對潮汐流的模擬。本試驗擬測試2個礁坪水深(代表潮位)(hr=0.05m，0.10m)、3個波浪周期(T=1s，1.5s，2s)和4個入射波高(HI=0.04m，0.06m，0.08m，0.10m)的組合規(guī)則波工況。為了測試潮汐流的影響，首先在恒定流量為Q=+20m3/h的正向流(潮汐流流向與波浪傳播方向一致)和Q=－20m3/h反向流(潮汐流流向與波浪傳播方向相反)作用下，并分別測試上述所有波況;隨后在典型波況(HI=0.08m，T=1.5s，hr=0.05m)下，測試了?

嘍暈榷ㄗ刺嗑囗虼耍嗵Ｖち酥?少可以取最后100個波周期的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。同時在水槽側(cè)面布置2個分辨率為1280pixel×720pixel、采樣率為30Hz的USB攝像儀來記錄礁緣附近波浪的破碎特征。2結(jié)果及分析2.1波浪破碎特征試驗中通過觀察發(fā)現(xiàn)，大部分工況下波浪在礁緣附近呈卷破波的形式破碎。本文選取了代表性波浪(HI=0.08m，T=1.5s，hr=0.05m)作用下正向流(Q=+20m3/h)、反向流(Q=－20m3/h)以及無流(Q=0)時礁緣處波浪的破碎特征進(jìn)行比較。當(dāng)波浪場達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，攝像儀記錄的破碎波在不同相位(t/T)時的演化情況如圖2所示，t為破碎波的傳播時間。圖2礁緣處不同相位(t/T)時的破碎波(HI=0.08m，T=1.5s，hr=0.05m)Fig.2Breakingwavesaroundthereefedgeunderdifferentwavephasest/T(HI=0.08m，T=1.5s，hr=0.05m)對于正向流、反向流以及無流情況均可觀察到:當(dāng)t/T=0時，卷破波發(fā)生在近礁緣處的礁前斜坡上，其波峰向下翻卷，水舌投向礁緣附近;當(dāng)t/T=1/4時，由于卷破波水舌的沖擊，從沖擊點到濺波點(卷破波水舌撞擊水體造成水花飛濺的最遠(yuǎn)點)之間的水體劇烈翻滾，通過摻氣作用產(chǎn)生大量的泡沫狀氣水混合物。當(dāng)t/T=1/2時，礁緣附近的水體紊動明顯減小，只剩表層水體的少量摻氣作用;當(dāng)t/T=3/4時，水體紊動基本消失，在礁坪上重新生成規(guī)則的行進(jìn)波，而礁緣處出現(xiàn)明顯的向海側(cè)的回流。同時由圖2中對比可知，相比于無流情況，正向流影響下t/T=0時破碎點(以翻卷的水舌波峰開始脫離的位置確定)更靠近向岸側(cè)，而反向流影響下則更靠近離岸側(cè);在t/T=1/4時可以明顯觀察到反向流情況下水體紊動較正向流情況下更加強(qiáng)烈。但通過G9位置的測量發(fā)現(xiàn)3種情況下的透射波高卻相似，約為0.025m。2.2高次諧波的生成類似于臺階式地形(如潛堤、沙壩等)，波浪作?
【作者單位】： 長沙理工大學(xué)水利工程學(xué)院;南京水利科學(xué)研究院港口航道泥沙工程交通行業(yè)重點實驗室;水沙科學(xué)與水災(zāi)害防治湖南省重點實驗室;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項目(51679014) 港口航道泥沙工程交通行業(yè)重點實驗室開放基金(Yn216002)~~
【分類號】：P731.2

【參考文獻(xiàn)】

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【共引文獻(xiàn)】

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【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：2527053