近日，我校河口海岸綜合治理與保護(hù)研究團(tuán)隊(duì)與美國(guó)MIT研究人員合作闡明了連續(xù)沙波地形上逆流行進(jìn)波產(chǎn)生的三波相互作用機(jī)制，其研究成果發(fā)表在流體力學(xué)領(lǐng)域享有盛譽(yù)的國(guó)際頂尖期刊《Journal of Fluid Mechanics》上。
連續(xù)沙波廣泛存在于河口海岸地區(qū)，它與水流、波浪的相互作用機(jī)制十分復(fù)雜，雖然現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室都有觀測(cè)到水流經(jīng)過連續(xù)沙波地形會(huì)產(chǎn)生逆流行進(jìn)波的現(xiàn)象，但是其激發(fā)條件和成長(zhǎng)機(jī)制一直沒有得到理論上的解釋。研究團(tuán)隊(duì)采用多重尺度展開的奇異攝動(dòng)解析，推導(dǎo)出連續(xù)沙波地形上逆流行進(jìn)波振幅的空間分布理論解（圖1），設(shè)計(jì)并開展348組波流水槽試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在相對(duì)水深0.5~1.0和弗羅德數(shù)0.20~0.34的范圍內(nèi)，亞臨界水流經(jīng)過連續(xù)沙波地形時(shí)會(huì)激發(fā)逆流行進(jìn)波；總結(jié)出逆流行進(jìn)波的波幅、波數(shù)與頻率等波要素隨水流與地形條件的變化規(guī)律與空間分布，表明波幅隨流速增大呈現(xiàn)單峰分布并體現(xiàn)出明顯共振特征（圖2-左），在沙波地形上部波幅以指數(shù)形式增長(zhǎng)（圖2-右）。理論解析與水槽試驗(yàn)觀測(cè)相結(jié)合，闡明了逆流行進(jìn)波的波形產(chǎn)生與成長(zhǎng)機(jī)制是基于沙波和波相位逆流傳播的兩個(gè)波組成的三波共振組合與地形上部水流流速接近共振波的極限流速條件的聯(lián)合作用（圖3）。研究工作得到國(guó)家杰出青年科學(xué)基金（51425901）的資助。
論文鏈接：Jun Fan, Jinhai Zheng, Aifeng Tao, Yuming Liu. Upstream-propagating waves induced by steady current over a rippled bottom: theory and experimental observation. http://dx.doi.org/10.1017/jfm.2020.1006
圖1
連續(xù)沙波地形上逆流行進(jìn)波振幅的空間分布理論解與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比
圖2
連續(xù)沙波地形上逆流行進(jìn)波幅隨流速變化（左）與波幅空間分布（右）
圖3
連續(xù)沙波地形上逆流行進(jìn)波的產(chǎn)生和成長(zhǎng)機(jī)制
圖 4
（港航院）
