《海岸广义水文学》PPT课件

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1、海岸广义水文学清华大学水利系博士后：王亚军第六章海浪第一节海浪要素和分类1）海浪要素海洋中的波浪是海水运动形式之一，它的产生是外力、重力与海水表面张力共同作用的结果。本章将主要论述由风引起的重力波，它是风浪、涌浪和近岸波浪的总称。风浪主要是指在风直接作用下产生的波浪。涌浪指风停止、转向或离开风区传播至无风水域的波浪。涌浪传播到浅水区，由于受到水深和地形变化的影响，发生变形，出现波浪的折射、绕射和破碎而形成近岸波浪。波峰：波浪剖面高出静水面的部分，最高点称为波峰顶。波谷：波浪剖面低于静水面的部分，最低点称为波谷底。

2、波峰线：垂直波浪传播方向上各波峰顶的连线。波向线：与波峰线正交的线，即波浪传播方向。波高：相邻波峰顶和波谷底之间的垂直距离，通常以H表示，单位以米（m）计。在我国台湾海峡曾记录到波高达15m的巨浪。波长：两相邻波峰顶（或波谷底）之间的水平距离，通常以L表示，单位以米（m）计。海浪的波长可达上百米，而潮波的波长则可达数公里。周期：波浪起伏一次所需的时间，或相邻两波峰顶通过空间固定点所经历的时间间隔，通常以T表示，单位以秒（s）计。在我国沿海波浪周期一般为4~8s，曾记录到周期为20s的长浪。波徒：波高与波长之比，通

3、常以表示，即。海洋上常见的波徒范围在1/10~1/30之间。波徒的倒数称为波坦。波速：波形移动的速度，通常以C表示，它等于波长除以周期，即C=L/T,单位以米/秒（m/s）计。强制波指引起波浪的扰动力连续作用于水面，波动性质依赖于扰动力性质的波动。在风直接作用下产生的风浪就是一种强制波，其外形相对于垂直轴是不对称的，见图6-2，波浪的背风面较迎风面为陡。自由波指扰动力消失后在重力作用下继续传播的波浪，其性质已不完全依赖于原有的扰动力。如风停止后海面上继续存在的波浪或离开风区传播至无风水域上的涌浪就是一种自由波。涌

4、浪的外形比较规则，波面光滑。混合浪指海面上风浪与风区外传播来的涌浪相迭加而成的波浪。2）海浪分类（1）强制波、自由波和混合浪（2）毛细波、重力波和长周期波按使海水水质点在运动过程中恢复到平衡位置的复原力的性质对波浪进行分类。复原力以表面张力为主时称为毛细波或表面张力波，如海面上刚起风，或风力很小时海面上出现的微小皱曲的涟波就是毛细波，其周期常小于1s。当波浪尺度较大时，水质点恢复平衡位置的力主要是重力，这种波浪称为重力波，如风浪、浪涌、地震以及船行波等。长周期波主要指日、月引力造成的潮波，还包括大洋涌浪、海湾风壅

5、振荡等周期较长的波动，其复原力是重力及科氏力。（3）不规则波和规则波海面上接踵而来的各个波浪的波浪要素是不断变化的，是一种不规则的随机现象，这样的波浪称为不规则波。（图6-3）为了便于研究波浪运动，将实际的不规则海浪序列用一个理想的各个波的波浪要素均相等的波浪系列来代替，这种理想的波浪称为规则波，如实验室内用人工方法产生的规则波。海上涌浪也接近规则波。（4）长峰波和短峰波在海面上可清楚地看到一个个接踵而来的波峰和波谷，波峰线是一些很长的，几乎互相平行的直线时，这种波浪称为长峰波或二维波。涌浪就是一种长峰波。在大风

6、作用下，波峰线难以辨别，波峰和波谷如棋盘格般交替出现，这种波浪称为短峰波或三维波。风浪通常为短峰波。（5）前进波和驻波海面上形成的波峰线向前或向岸传播的波浪称为前进波。驻波（或称立波）是波形不向前传播，波峰和波谷在原地作周期性升降的波浪，它是前进波遇到海岸陡崖或直墙式建筑物后反射回去与前进波相互干涉的结果，此时驻波的波高是前进波的两倍。（6）深水前进波和浅水前进波在水深d大于半波长的水域中传播的波浪称为深水前进波（简称深水波）。深水波不受海底的影响，其水质点运动轨迹接近于圆形，且波动主要集中于海面以下一定深度的水

7、层内，又常称为短波。当深水波传至水深d小于半波长的水域时，称为浅水前进波（简称浅水波）。浅水波受海底摩擦的影响，水质点运动轨迹接近于椭圆，且水深相对于波长较小，故又称长波。根据微幅波理论（线性理论），规则深水波的波速、波长和周期的相互关系如下：规则浅水波的波速、波长和周期的相互关系为式中：g—重力加速度m/s²；d—水深m；—以正切双曲线函数表示的浅水因子。式中凡带脚标“0”者表示深水波要素，不带脚标者表示浅水波要素。观测表明，波浪由深水传入浅水后，周期不变，即（7）振荡波和推移波在一个波周期内，水质点运动的轨迹

8、是封闭的或接近于封闭，即水质点仅在原地作振荡运动，这种波动称为振荡波。而在一个波周期内，水质点有明显位移，称为推移波。根据波浪行近海岸时的变化，对于坡度较缓的海滩，近岸水域按不同水深可大致划分为四个区域，即深水区、浅水区、击岸波区及岸边区，如图6-4所示。事实上，由于波浪的不规则性，确切地划分各个区域的分界位置是不可能的，图片所示的是根据理想规则波确定的。图中表示波浪破碎