3. Деформация волн у берега

При подходе к берегу, где глубина уменьшается до нуля у уреза воды, в волне происходят существенные изменения: меняются ее профиль (рис. 10.11) и направление движения волнового луча.

Рис. 10.11. Деформация профиля волны у отмелого берега

Различные варианты деформации волны связаны с характером берега и прибрежного рельефа дна. При пологом дне и неизменной при­брежной полосе передний склон волны становится круче, гребень догоняет впереди идущую подошву и наконец обрушивается, обра­зуя прибой (накат). Гребень волны устремляется на сушу, возникает заплеск. Чем больше волна, тем большую часть берега заливает заплеск. Ширина заплеска зависит от размеров волны и уклона берега и бывает от нескольких до десятков метров. В результате постоянной работы волн формируются пляжи, а также продольные (вдоль береговой линии) и поперечные (от берега в открытое море) потоки наносов. При отлогом дне и высоком крутом береге сры­вающийся гребень ударяет в берег и вода вскидывается вверх, образуя взброс. Вода при взбросах у берегов океана поднимается на десятки метров, наблюдались взбросы до 60 м. При крутом береге и при- глубом дне может происходить отражение волн и интерференция падающей и отраженной волн, т. е. образование стоячей волны. Если недалеко от уреза на дне есть гряда с меньшими глубинами (вроде рифа), то волна, не доходя до уреза, разрушается, образуя бурун. При больших волнах бурун может образоваться и далеко от уреза на сравнительно большой (в десятки метров) глубине.

Прибой, особенно взброс, обладает огромной энергией. Суще­ствует множество фактов разрушения береговых сооружений, сдви­гов и даже переносов огромных бетонных и каменных массивов массой в десятки и даже сотни тонн. Такая огромная энергия объясняется тем, что при прибое гребень, срываясь, становится переносной волной: вся масса воды приобретает не колебательное, а поступательное движение.

При подходе к урезу воды, начиная с глубины в половину длины волны, скорость, длина и высота ее уменьшаются. Но на­чиная с глубины приблизительно в У₅ длины волны высота волны начинает возрастать, причем особенно быстро с глубины, равной 0,R, затем волна разрушается, образуется прибой.

Одновременно с деформацией профиля волны изменяется и по­ложение ее фронта. Под каким бы углом к берегу ни проходил он в открытом море, на берег волна выкатывается параллельно урезу или под очень острым углом к нему. Это объясняется тем, что волна у берега из класса коротких волн переходит в класс длинных. А длинные волны распространяются по другому закону: скорость их зависит не от длины волны, как у коротких волн (см. форму-

Рис. 10.12. Рефракция волн у берега. Фронт волны (сплошная линия) и волновые лучи (пунктир)

лу (10.11)), а от глубины места: согласно формуле Лагранжа — Эри, она пропорциональна корню квадратному из глубины (c-yfgH). Поэтому, как только волна вышла на глубину меньше половины длины волны, разные участки фронта (гребня) будут двигаться с разной скоростью: участок, ближайший к урезу, замедлит движе­ние, и линия фронта станет искривляться, подравнивая направле­ние фронта к линии уреза. Возникает рефракция волн. Если бере­говая линия не прямая, а изрезанная, то возникает сложное вол­новое поле (рис. 10.12). Искривляются не только фронт волны, но и волновой луч, поэтому создается сложная система рефракции и ин­терференции волн. Волновые лучи сходятся к мысам берега и рас­ходятся у заливов, сильно усложняя процессы формирования берега, образование абразионных и аккумулятивных участков. При этом могут образовываться и разрывные течения, идущие от берега в от­крытое море поперек фронта волны и разрывающие его. Лучевая картина волнения имеет очень важное значение не только для изучения морфологического строения берегов, но и для планиро­вания и ведения гидротехнических работ в береговой зоне (строи­тельство портов, берегоукрепительных сооружений и др.).