| 单词 | 规则波在淤泥质海床上的沿程衰减 |
| 释义 | 【规则波在淤泥质海床上的沿程衰减】 淤泥质海岸在世界各地分布很广，多位于河口附近。中国的淤泥质海岸占全国海岸线的很大一部分，自北纬28°至40°均有分布，如渤海湾、辽东湾、莱州湾，以及江苏省北部、浙江省和福建省的部分海岸普遍为淤泥质海岸。淤泥质海岸主要是由极细的泥沙颗粒物质组成的，其中粘性矿物占主要成份。淤泥质海岸的岸滩坡度极为平坦，如渤海湾地区滩地平均坡度为1／1000至1／2000，在天津港附近，低潮时可看到数千米宽的淤泥滩面。 波浪在沙质海床上传播时，主要由于床面的摩阻作用引起波浪能量的沿着波浪传播方向的逐渐衰减(即所谓的波浪能量的沿程衰减)，从波面看，表现为波高的沿程衰减。淤泥质海床则不同，原因为泥面以下相当厚的泥层，都处于非饱和状态，含水量甚高。如果这种高含沙量的泥样的容重不致太大，则在表面波的作用下，在水、泥交界面上出现明显的界面波，在泥层内也有波动现象(对于新港泥样而言，当容重在1．20g／cm3及以下时，其现象甚为明显，随着容重的增加，这种现象渐趋消失，大概在1．25g／cm3及以上时，凭肉眼就看不到这些现象)，当泥样的容重较大时(例如，对于新港泥样，其容重约在1．25g／cm3或以上时)，海床物质呈现一定的柔顺性。赵子丹等所做的大量实验证明，表面波在淤泥质海床上传播时，其波高的沿程衰减，要比表面波在沙质海床上传播时的沿程衰减快得多，有时可快一个数量级。其表面波的沿程衰减的快慢，还与泥的容重有关，即先是随着泥的容重的增大而增快，大致在容重为1．22g／cm3左右时，表面波的沿程衰减最快，尔后逐渐变慢。关于波浪在淤泥质海床上传播时其沿程衰减普遍要比在沙质海床上传播时快得多的现象，在自然界也屡屡发现。例如，在中国黄河口的外海区，有南、北2个“烂泥湾”，湾外海面波浪汹涌，湾内却风平浪静，说明波浪进入湾内后由于“烂泥”的存在而迅速衰减掉了。在印度西南海岸和南美的东北海岸地区，由于底泥的存在，波浪常常达不到岸边。印度的Kerala，在西南季风季节里，入射到淤泥质岸滩上的台风波，往往只需要经过4～8个波长的距离就几乎完全被衰减掉了。淤泥质海床的床面，比沙质床面要光滑得多，所在淤泥质海床上传播的波浪，其沿程衰减得那么快，主要不是由于床面的摩阻作用引起的，而是由于泥面以下的泥层的运动，损耗了表面波提供的部分能量而引起的，因此，从问题的本质来说，正确地理解泥的物理力学特性是至关重要的。淤泥的动力特性非常复杂，根据研究，它具有粘性、塑性和弹性。根据流动性和动力特性，可把淤泥分为浮泥及软泥2类：浮泥的特点是具有明显的流动性，弹性效应不显著，这相应于泥的容重较小的情况，在试验水槽中可以看到，在表面波作用下，在泥和水的交界面处有界面波；软泥的特点是没有明显的流动性，弹性效应比浮泥显著，这相应于泥的容重较大的情况，在试验水槽中可以看到，在表面波作用下，在泥和水的交界面没有明显的界面波。因此，对这课题的理论分析的可用性，关键在于理论模式中能否比较近似地反映出淤泥的流变特性。Gade(1958)首次研究了这一课题，他假定上层水体为理想流体、表面波为浅水长波，淤泥层为粘性流体，从而导出了波高的沿程衰减规律的解答，他还用实验与理论作了对比(在他的实验中，上层流体用的是煤油，下层流体用的是糖溶液，即上层流体的容重和粘性都比下层流体小得多，二者都属于牛顿流体)。结果表明，理论值和实验值之间的一致性较好，这似乎表明，对于波高的沿程衰减而言，在上述实验条件下，可以忽略上层流体的粘性。Dalrymple和Liu(1978)把上层水体和下层淤泥都作为粘性流体，对表面波改用微幅波，得出了他们的理论解，结果表明，在长波理论可用的范围内，他们的解答、Gade的解答和Gade的实验之间都相当接近。可惜，上述2项研究成果，都没有触及到淤泥能否作为粘性流体处理，以及在什么条件下可近似作为粘性流体处理。Hsiao、Shemdn(1980)和Macpherson(1980)几乎在同时建立了粘弹性模型，即都把淤泥作为粘弹性体处理，并以个别现场数据作了对比。大量的试验表明，淤泥与宾汉体比较接近，特别是当淤泥为浮泥的容重范围内时，其流变特性与宾汉体极为接近；另一方面，若把水槽试验结果与Gade及Daitymple和Liu的理论值相比，实验结果的沿程衰减要比理论计算结果的快得多。据此，赵子丹和姜林(1988)提出了下层淤泥为宾汉体、上层水体为粘性流体，表面波为微幅波情况下的解答，并和相应的实验作了对比，证明在浮泥范围内，理论值和实验值之间的一致性较好。尔后，赵子丹和李贺青(1993)又以大量实验检验，再次证明了这一结论。赵子丹和练继建的研究还表明，对于新港淤泥而言，当泥的容重低于浮泥的极限容重时，宾汉体模型(即假设淤泥为宾汉体)能很好与实验结果一致，在泥的容重略小于或略大于浮泥的极限容重的情况，宾汉体模型和粘弹性体模型(即假设淤泥为粘弹性体)都能满意地与实验值一致，当泥的容重更大些时(例如，对于新港泥，其容重为1．27g／cm3或更大时)粘弹性体模型比宾汉体模型与实验结果更为接近。【参考文献】：1 Zhao Zidan, Jiang Lin. Interaction between Waves and Mud Bottom , Coastal and Maritime Hydraulics (6th CoNgress APD-IAHR Proceedings Vol. Ⅳ ),1988,105～1112 Zhao Zidan. A Rievew of studies on the Interaction between Waves and Muddy Bottom , China Ocean Engineering , 1992,6(2):187～2003 赵子丹，李贺青．波浪在浮泥床面上的传播，海洋通报，1993，(1)4 李贺青．规则波和不规则波在浮泥海床上的传播、变形．天津大学博士论文，1993；1055 练继建．波浪、水流与淤泥质底床的相互作用．天津大学博士论文，1993，141(天津大学博士生导师赵子丹教授撰) |
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