2. Уявлення про теорію хвилювання

Поступальний рух вітрових хвиль - уявний рух. Це - рух тільки фор­ми хвилі, а не самих водних мас. Переконатися в цьому можна, якщо кинути на хвильову поверхню моря поплавок. Він буде залишатися на місці, піднімаючись і опускаючись разом із хвилею. Коли до поплавка підходить гребінь хвилі, він піднімається і трохи посувається в бік ру­ху хвилі, коли наближається підошва - опускається і змішується у зворотний бік. Можливий і такий випадок, коли поплавок буде дрей­фувати, але це пояснюється дією вітру, а не хвилювання.

Існують спеціальні формули, які дозволяють визначати елементи хвиль (довжину, швидкість, період). Висота хвиль не вираховується, а вимірюється безпосередньо.

Критерії мілководності. Умови утворення хвиль суттєво змінюють­ся залежно від співвідношення між глибиною моря на певній ділянці його акваторії і довжиною хвилі. У гідравліці широко застосовується так званий гідродинамічний критерій мілководності (Н = λ/2). Якщо глибина моря більша за половину довжини хвилі (Н > λ/2), то море (чи його ділянка) називається глибоким морем, (глибоководдям). У цьому випадку хвилі розвиваються не взаємодіючи з дном, їх параметри не залежать від глибини моря.

Навпаки, коли глибина моря менша за половину довжини хвилі (Н < λ/2), то таке море (чи його ділянка) називається мілким морем (мілко­воддям). На мілководді дається взнаки тертя об дно, яке суттєво впли­ває на кінематичні та геометричні характеристики хвиль. Орбіти час­тинок води набувають еліптичної форми (рис. 7.3).

У випадку глибокого моря швидкість поширення хвилі можна ви­значати за формулою:

, (1)

де g - прискорення сили тяжіння.

Такі хвилі називаються короткими. До них можна віднести вітрові хвилі на деякому віддаленні від берега, коли починає виконуватися умова Н > λ/2.

При Н < λ/2 швидкість поширення хвилі залежить не лише від її довжини, а і від глибини моря. Для дуже мілкого моря швидкість хвиль залежить лише від глибини моря і виражається формулою

c = (2)

Формулою (2) можна користуватися для обчислення швидкості довгих хвиль типу припливних або цунамі, а в ряді випадків - і віт­рових хвиль.

Гідродинамічний критерій мілководності має суттєвий недолік. При різних довжинах хвиль одне і те ж море (чи його ділянки) можуть бути мілководними або глибоководними, що робить невизначеними самі поняття глибокого чи мілкого моря.

Сучасна теорія хвиль розвивається за двома напрямами: встанов­лення фізичних законів, які управляють хвильовим процесом, і роз­робка статистичних основ вчення про морське хвилювання. Велике значення при цьому надається механізмові передачі енергії вітру морським хвилям.

3. Деформація хвиль на мілководді та їх вплив на берег

При наближенні до берега хвилі починають деформуватися, особ­ливо якщо берег відмілий. Довжина хвиль збільшується. Гребені ста­ють більш крутими, підошви - похилими. При підході до берега під кутом фронт хвилі намагається зайняти положення, паралельне до берегової лінії. Пояснюється це тим, що частина хвилі, яка розташо­вана ближче до берега і на менших глибинах, уповільнюється у своє­му русі, а мориста частина хвилі випереджає її, у результаті чого вся система хвиль загинається до берега. Поворот фронту хвиль паралель­но до лінії берега називається рефракцією хвиль на мілководді.

Через тертя об дно частинок води, які лежать біля підошви, вони по­чинають повільніше рухатися. А частинки води гребеня на певній від­далі від берега починають доганяти підошву хвилі, яка рухається попе­реду. Відбувається перекидання гребенів та їх руйнування. Глибина, на якій це відбувається, залежить від багатьох факторів: крутизни схилу дна, сили і напрямку вітру, довжини і крутизни хвиль, течій тощо.

Якщо перекидання гребенів хвиль та їх руйнування відбувається біля самого берега, то утворюється прибій і захлюпування. Якщо ж хвилі перекидаються на деякій віддалі від берега над смугою відмілин чи підводних рифів, то це явище називається буруном.

Біля обривистого берега в момент підходу хвилі відбувається сплеск, висота якого приблизно дорівнює подвоєній висоті хвилі. Біля приглибих берегів висота сплесків досягає 60 м і більше. При цьому енергія хвилі переходить в енергію удару, що при штормах призводить до значного руйнування берегових споруд.

При зустрічі хвиль з перешкодою відбувається ще одне явище, яке називається інтерференцією хвиль. Воно виникає в результаті накла­дання падаючих і відбитих від берега хвиль і призводить до утворен­ня стоячих хвиль.

Хвилі, з одного боку, руйнують морські береги, а з іншого - беруть участь у формуванні морських узбережь, розподіляючи продукти руй­нування вздовж і поперек берега. Руйнівна дія хвилювання проявля­ється як шляхом безпосереднього удару хвиль чи каміння, яке несе хвиля, об берег, так і шляхом розмивання менш твердих порід берега з наступним утворенням зсувів.