定常风与非定常风作用下风浪特性试验研究

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海洋湖泊在我国的资源储备和社会经济发展中具有不可忽视的地位。因此对风浪特性进行研究,对海洋工程建设、海上活动及水资源利用而言十分重要。本文在总结前人工作的基础上,进行了定常风与非定常风作用下风浪特性试验研究,通过数理统计揭示了风浪生长和传播变化的规律,为之后数模研究和工程提供基础数据及观测依据。  (1)利用风速仪测量风速数据,获得了定常风作用下风浪近水面区域风速剖面满足对数分布的特性,并且通过无量纲分析得到摩阻因子CD随壅水因子V2Z=10cm/2gh的增大而先减小后保持范围波动的变化规律。利用浪高仪采集风浪波面数据,通过统计分析方法,得到了定常风与非定常风作用下风浪统计特征值,并且掌握了随风速和风吹程变化的风浪成长和传播变化规律。再将两方面结果结合分析,得到定常风与非定常风作用下的风浪波要素与风的关系,即波高、波长随风速和风吹程同趋势增长;风吹程大于10米之后,大风速下的波高会因波浪破碎而增长缓慢;风吹程小于10米发生减水现象;在风吹程较大时出现壅水现象。  (2)运用谱分析法,揭示了风浪频谱及内部能量结构的变化趋势,即风浪主频随着风速以及风吹程的增加而向低频方向偏移,尤其是非定常风作用下的风浪频谱主频会在渡过小波抖动阶段之后向低频方向偏移,并且频带宽度变窄,多峰向单峰趋势变化。  (3)对统计特征值进行参数分析,得到了非定常作用下风浪生长和衰减过程中的变化规律,即风浪生长时,主频先分散再集中向低频聚拢,以及谱峰由多峰变单峰的变化规律,波陡会出现明显的增长特性;而在风浪衰弱时,小风区波陡的降低更加明显。
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