[發明專利]一種孤立波作用下的沙質海灘平衡剖面預測方法

在審

• 申請號: 201710212697.2
• 申請日: 2017-04-01
• 公開（公告）號: CN108664680A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 于乾;何昆;拾兵;霍俊波
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種孤立波作用下的沙質海灘平衡剖面預測方法，其特征在于：基于中立線假說，將海灘剖面劃分為破波帶內與破波帶外，在破波帶內，基于波浪能量沿程均勻耗散假設，在破波帶外，基于孤立波理論、泥沙堆積概率分析引入沖淤系數、形狀系數等參量，以海灘剖面曲線作為目標函數，結合泥沙輸移質量守恒方程、沙壩最大坡陡等約束條件，建立孤立波作用下海灘平衡剖面數學模型。

2.根據權利要求書1所述孤立波作用下的沙質海灘平衡剖面預測方法，其特征在于按以下步驟進行：

（1）確定平衡剖面的計算參數

根據海灘剖面的實際情況，確定計算參數為：波浪作用前初始坡度θ、破碎點位置x_b、破碎點水深h_b、沖淤系數ψ、沙壩坡陡系數σ；

（2）將海灘剖面分為兩部分

將海灘剖面以波浪破碎點為界分為兩部分，波浪破碎點至岸線部分為破波帶內，波浪破碎點至深海部分為破波帶外；

（3）建立孤立波作用下海灘平衡剖面數學模型

目標函數為海灘平衡剖面曲線f(x,h)=0，以孤立波理論、破波帶內波浪能量沿程均勻耗散為假設，目標函數必經過波浪破碎點為控制條件，建立破波帶內剖面模型；通過破波帶外泥沙堆積概率分析，控制條件為泥沙輸移質量守恒方程、沙壩坡陡，建立破波帶外剖面模型：

建立破波帶內剖面模型

建立如圖1所示坐標系（x,h），以孤立波理論、波浪破碎能量均勻耗散假定、目標函數必經過波浪破碎點為控制條件，建立破波帶內剖面模型表達式：

其中，A是參數，定義如下

D_*為單位水體波能損耗，γ_b為破碎波波高H和水深h的比例系數；

中立點及泥沙堆積侵蝕量的推算

由上式得到的剖面模型表達式與起始剖面表達式聯立解出中立點（x₀，h₀）,并推算出泥沙侵蝕量：

中立點至波浪破碎點的泥沙淤積量S_d0為：

波浪破碎點離岸側的泥沙堆積量S_d1可以表達為：

；

建立破波帶外剖面模型

建立如圖1所示坐標系（x’,h’），通過破波帶外泥沙堆積概率分析，以泥沙輸移質量守恒方程、沙壩坡陡、目標函數必經過波浪破碎點為控制條件，建立破波帶外剖面模型：

① 泥沙堆積概率分析

泥沙的沉積概率關于垂直于起始斜面的線L成正態分布，引入B為形狀參數，用來控制平衡剖面的形狀，有海灘剖面形狀表達式：

② 泥沙輸移質量守恒方程

破波帶外泥沙堆積量均破波帶內凈侵蝕泥沙提供，且侵蝕量S_e、堆積量S_d成比例ψ：

S_d=ψS_e=S_d0+ S_d1；

③ 沙壩坡陡

由于泥沙水下休止角的存在使得孤立波作用后形成的淤積沙壩坡陡系數σ為定值：

σ=constant;

（4）求解繪制孤立波作用下海灘平衡剖面：求解孤立波作用下海灘平衡剖面模型并將破波帶外剖面模型坐標系（x’,h’）變換成原始坐標系（x,h），繪制海灘剖面的平衡狀態，數學模型具體表達式為：

破波帶內數學模型

破波帶外數學模型

坐標變換公式。