Элементы волны

Гребень волны - наивысшая точка волнового профиля.

Подошва (ложбина) волны - наинизшая точка вол­нового профиля.

Высота волны h - расстояние но вертикали от подо­швы до гребня волны

Длина волны - расстояние по горизонтали между со­седними гребнями или подошвами.

Крутизна волны - наклон волнового профиля в данной точке к горизонту.

Период волны - промежуток времени, протекающий между прохождением двух последовательных гребней (или подошв) через одну и ту же точку пространства.

Скорость распространения- расстояние по горизонтали, проходимое любой точкой волнового профиля в единицу времени в направлении его перемещения

11 Понятие о трохоидальной теории волн. Методы расчета ветровых волн.

Теория ветровых волн была разработана Гершуном для глубоких водоемах. В основе – принцип описания механизма движения частиц жидкости по их орбитам.

Радиус орбит с глубиной изменяется по экспоненциальному закону

.

z - глубина; r_o – радиус орбиты на поверхности; r_z – бегущая глубина, на какой-то глубине; - длина волны.

. h_z - высота двухмерной волны; h_o – высота волны на поверхности.

Из трохоидальной теории следует формула для расчета фазовой скорости С для короткой и длиной волны

– для короткой волны, и – для короткой волны..

Энергия двухмерной волны рассчитывается: .

Для трехмерной волны:

.

Методы расчета ветровых волн.

Эмпирические методы.

Титов выделил формулы которые были положены в основу первой офи­циальной «Инструкции по составлению прогнозов морских ветровых волн».

Его формулы определяют элементы волн, обеспеченность высот которых составляет 5%, а длина волн и их период средние. Они имеют вид:

,

Время необходимое для развития волн определяется по ф-ле:

Энергетические методы.

В основу энергетических методов расчета морских ветровых волн, положено решение уравнения баланса энергии.

В основу связей Крылова положена установленная зависимость среднего периода волн от силы ветра, продолжительности его действия и длины разгона. Эта зависимость представлена в Руководстве специальными графиками.

По заданной скорости ветра, продолжительности его дей­ствия и длине разгона определяется средний период волн. По среднему периоду с помощью других графиков, приводимых в Руководстве, определяются средняя высота и длина волны.

Спектральный метод.

Спектральный метод расчета элемен­тов волн применяется в американской прогностической службе. Сущность метода состоит в установлении связей между элементами волн определенной обеспеченности или средними их значениями и энергией волн.

Е- кумулятивный спектр.

Для установившегося волнения найдена связь между вели­чиной Е и скоростью ветра w которая имеет вид:

Для определения среднего периода установившихся волн используется эмпирическое соотношение:

А для средней длины волны соотношение

=3,41 .

12 Рефракция волн. Поведение волн на побережье и мелководье. Прибой.

Физическое объяснение явления рефракции заключается в следующем. На мелководье волны приобретают свойства длинных волн, скорость которых зависит от глубины моря. Участки фронта волны, которые находятся ближе к берегу, движутся медленнее, чем более мористые. Поэтому фронт волны разворачивается, стремясь занять положение, параллельное береговой черте.

Ф- Шулейкина:

- угол, который составляет фронт волны с линией; Н- глубина; - период.

Когда волна в открытом море распространяется параллельно берегу, sin =l и фор­мула еще больше упрощается:

.

Поведение волн на побережье.

Поведение волн у побережья зависит от бepeговой черты и характера изменения рельефа дна

Если берег отвесный и приглубый, то волна при подходе к нему практически не изменяет своих элементов. Достигая берега, она ударяется о берег и отражается. , у отвесного берега, где горизонтальное перемещение частиц невозможно, отмечаются пучности. Высота всплеска при­мерно равна удвоенной высоте набегающей волны.

Шулейкин предложил формулу для расчета силы удара волны по ее периоду.

=0,085 и имеет вид р = 0,09 т/м²

Сила удара оказывается значительно большей, когда волны при набегании на берег полностью разрушаются. Более слабому воздействию подвергается пологий берег, так как подходящие волны обычно разрушаются раньше, чем дости­гнут береговой линии.

Поведение волн на мелководье.

Наряду с рефракцией при движении волн по мелководью происходит и изменение их элементов. Высота волн с уменьшением глубины растет, длина и скорость уменьшаются.

т. е. высота волны растет с уменьшением глубины. Если L L_о, то

т. е. при уменьшении длины гребня волны L высота возра­стает.

Прибой. Уменьшение длины при одновременном увеличении ее высоты приводит к быстрому нарастанию крутизны волны. Когда крутизна достигает предельного значения, гребень волны разрушается, образуя прибой.

Главной причиной образования прибоя у отмелого берега является деформация волны. Когда передний склон волны делается отвесным, волна опрокидывается, образуя прибой. Опрокидывание гребней происходит не только у уреза воды, но и вдали от него.

Если на пути распространения волн встречаются банки или рифы с небольшими глубинами, то волны разрушаются над ними, образуя бурун — надежный предвестник подводных опасностей.

Искажение профиля волны, ее опрокидывание и последующее спокойное натекание на пляж относятся к так называемому ныряющему типу прибоя. уединенная волна, являющаяся следствием мгно­венного добавления избыточной массы воды на сравнительно спокойную водную поверхность. Уединенная волна имеет только гребень, но не имеет подошвы. Ее называют также переносной волной, так как она переносит оказавшиеся на ней предметы. Разрушение волны идет вдоль ее вершины, которая непрерывно расплескивается по мере приближения к берегу. Такой прибой называют расплескивающимся.