[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

本發明公開了一種基于概率分析的海灘平衡剖面預測方法，屬于海岸演變分析領域，本發明將海灘平衡剖面以破波線為界劃分為破波帶內平衡剖面與破波帶外平衡剖面，將實際觀測中孤立波高、破波點的位置（波浪破碎點距灘肩起始處的距離）與岸灘的起始坡度作為已知量，以岸灘平衡剖面曲線作為目標函數，結合波浪能量沿程均勻耗散假設、孤立波傳播破碎原理，以泥沙輸移質量守恒、泥沙堆積概率分析等約束條件，建立孤立波作用下海灘平衡剖面數學模型。本發明方法具有概念明確、計算精度高等特點，可應用于海嘯波作用后的海灘的治理與防護。

技術領域

本發明涉及孤立波作用下海灘平衡剖面預測方法，特別涉及一種基于概率分析的預測方法，屬于海岸演變分析領域。

背景技術

海灘是大自然賦予人類的珍貴的自然資源，其宜人的景致能夠作為人們的休閑旅游場所而產生經濟效益，其特殊的地理位置能夠阻隔海浪對陸地建筑、農田和道路的沖擊，保護人類的生存空間。但是隨著人類對自然資源的過度開發和極端氣候的頻繁出現，海洋動力與岸灘泥沙輸移之間的動態平衡被打破，造成了岸灘寬度變窄，坡度變陡，沙質粗化等一系列的侵蝕問題。海岸生態的逐漸惡化使得越來越多的人開始關注海岸侵蝕問題，也引發了水利和海洋研究工作者的廣泛關注，對沙質海灘侵蝕機理和岸灘平衡剖面做出正確預測成為了海岸工程領域廣泛關注的研究熱點，具有非常重要的理論意義和實用價值。

海嘯是眾多海灘侵蝕要素中能量最為集中，破壞力最為巨大的一種災害，可以在短時間之內迅速對沙灘、船舶以及沿海建筑物造成永久性的破壞。海嘯的波形、傳播特性、水體質點的運動方式與孤立波極為相似，在現有的國內外實驗室研究中全部通過研究孤立波的特性間接地研究海嘯。

因此正確預測孤立波作用下的海灘平衡剖面的方程對于認識海嘯的災害機理有重要的理論意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于概率分析的孤立波作用下海灘平衡剖面預測方法，以獲得海嘯作用后的海灘剖面曲線，并為海岸遭遇海嘯的恢復提供一種新的方法和手段。

本發明的基本原理是：

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，基于孤立波傳播破碎原理、泥沙堆積概率分析方法并引入沖淤系數、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。

本發明的“孤立波作用下的沙質海灘平衡剖面預測方法”的技術方案依次按以下步驟進行：

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：

（1）建立破波帶內剖面模型