海岸广义水文学.ppt

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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。
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。在我录到周
期为20s的长浪。
波徒：波高与波长之比，通常以 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
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
壅振荡等周期较长的波动，其复原力是重力及
科氏力。
不规则波和规则波
1
2
6
5
4
3
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。
1
2
3
4
5
6
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。
长峰波和短峰波
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。
前进波和驻波
（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
波浪破碎处水深，对应的波高称为破碎波高，以 表示。