[发明专利]波浪作用下地形剖面平衡程度的衡量方法

说明书

本发明公开了一种波浪作用下地形剖面平衡程度的衡量方法，实验室水槽中衡量地形剖面的平衡程度一直以来是一个技术难点，通过频繁的测量地形不仅效率低下而且误差较大。本发明提出一种定量量化剖面平衡程度的方法，提出波能熵参数描述海滩剖面上波浪破碎能量耗散分布的均匀性，从而衡量实验室中地形剖面平衡程度。这种方法仅需要知道地形剖面上的波高分布，计算简便且不用反复测量地形。通过建立波能熵参数随时间的变化关系，还可以估算地形到达特定的平衡程度所需要的时间。

技术领域

本发明属于海滩平衡剖面预测技术领域，尤其涉及一种波浪作用下地形剖面平衡程度的衡量方法。

背景技术

平衡海滩剖面是沙质海岸形貌形态动力学重要的研究范畴，定义为：由粒径相同和比重相同的泥沙构成坡度均匀的海底，在波浪的作用下，其侵蚀和堆积处于相对平衡状态的底床剖面。平衡剖面表征波浪、波生流等动力因素与地貌形态和泥沙特性在长时间尺度上的非线性耦合作用。研究平衡剖面理论有助于提高养滩工程的效率，减少养滩工程的成本，尤其是对于补沙位置以及补沙周期的选取。此外，对于研究海平面上升下的岸滩侵蚀也具有十分重要的意义。

物理模型实验是研究沙质海岸地貌形态演变的重要手段，通过选取合适的比尺关系，可以复演出原型海岸中的物理规律。在实验室中，波浪条件通常是恒定的，在波浪作用一段时间后地形趋于平衡状态。确定剖面的平衡程度，包括判断当前剖面是否已经达到平衡状态，还需要多长时间达到平衡状态，都是实验中非常关键的问题。常用的方法是通过比较两次地形测量的结果。然而，这种做法不仅不方便，而且误差大。原因在于，实验室中地形测量通常操作较为复杂，高时间分辨率的地形测量几乎不现实。综上所述，目前缺乏方便高效的剖面平衡程度的衡量方法。

参考文献：

[1]Roelvink,D.,and Stive,M.J.F.(1989).Bar-generating cross-shore flowmechanisms on a beach.Journal of Geophysical Research Oceans,94,4785-4800.DOI:10.1029/JC094iC04p04785.

[2]Zheng,J.H.,Zhang,C.,Demirbilek,Z.,and Lin,L.W.(2014b).NumericalStudy of Sandbar Migration under Wave-Undertow Interaction.Journal ofWaterway Port Coastal and Ocean Engineering,140(2),146-159.DOI:10.1061/(ASCE)WW.1943-5460.0000231.

发明内容

发明目的：针对现有技术中的不足，本发明提出一种波浪作用下地形剖面平衡程度的衡量方法，波能熵参数描述海滩剖面上波浪破碎能量耗散分布的均匀性，建立波能熵随时间变化的函数关系，从而衡量沙质海岸剖面平衡程度。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种波浪作用下地形剖面平衡程度的衡量方法，包括以下步骤：

步骤1：获取波浪水槽中的地形剖面，并获取剖面上离散的波高分布数据；

步骤2：基于获得的离散波高分布，利用插值方法将离散的波高网格点插值成连续的波高网格点，得到剖面上连续的波高分布；

步骤3：计算每个网格点的波群速度，波向角，波能流以及单位水体波能耗散；

步骤4：计算每个网格点的单位水体波能耗散与总波能耗散比值，作为该网格点的波能耗散率；所述总波能耗散是指整个剖面上每个网格点的单位水体波能耗散之和；

步骤5：计算不同时刻下整个剖面的波能熵，拟合波能熵随时间的变化曲线，建立波能熵随时间变化的函数关系；