03.10.1974

by : alexxlab Разное

Рисунок волна морская: D0 bc d0 be d1 80 d1 81 d0 ba d0 b0 d1 8f d0 b2 d0 be d0 bb d0 bd d0 b0 картинки, стоковые фото D0 bc d0 be d1 80 d1 81 d0 ba d0 b0 d1 8f d0 b2 d0 be d0 bb d0 bd d0 b0

%d0%bc%d0%be%d1%80%d1%81%d0%ba%d0%b8%d0%b5 %d0%b2%d0%be%d0%bb%d0%bd%d1%8b PNG, векторы, PSD и пнг для бесплатной загрузки

Мемфис дизайн геометрические фигуры узоры мода 80 90 х годов

4167*4167

аудиокассета изолированные вектор старая музыка ретро плеер ретро музыка аудиокассета 80 х пустой микс

5000*5000

поп арт 80 х патч стикер

3508*2480

естественный цвет bb крем цвета

1200*1200

схема бд электронный компонент технологии принципиальная схема технологическая линия

2000*2000

поп арт 80 х патч стикер

3508*2480

Мемфис шаблон 80 х 90 х годов стилей фона векторные иллюстрации

4167*4167

green environmental protection pattern garbage can be recycled green clean

2000*2000

80 основных форм силуэта

5000*5000

дизайн плаката премьера фильма кино с белым вектором экрана ба

1200*1200

Мемфис бесшовные модели 80 х 90 х стилей

4167*4167

поп арт 80 х патч стикер

2292*2293

80 летний юбилей дизайн шаблона векторные иллюстрации

4083*4083

мемфис бесшовной схеме 80s 90 все стили

4167*4167

рисованной радио 80 х

1200*1200

Кубок 80 х с неоновым светом

1200*1200

Симпатичная наклейка в стиле ретро 80 х

1200*1200

Традиционные цветочные наклейки в стиле ретро 80 х

1200*1200

Ретро традиционные мультяшные наклейки 80 х

1200*1200

Ретро стикер 80 х

1200*1200

Гитара 80 х годов неоновый световой эффект

1200*1200

Наклейки в стиле ретро 80 х

1200*1200

bb крем косметическое применение

1200*1200

Корзина 80 х годов неоновый световой эффект

1200*1200

Наклейки в стиле ретро 80 х

2500*2500

Синяя наклейка в стиле ретро 80 х

1200*1200

Наклейки в стиле ретро 80 х

1200*1200

Наушники 80 х годов неоновый световой эффект

1200*1200

Нерегулярная графика 80 х годов неоновый световой эффект

1200*1200

Нерегулярный прямоугольник 80 огней эффект неонового света

1200*1200

Корейский медведь be quiet набор смайликов

1200*1200

Наклейки в стиле ретро 80 х

1200*1200

Наклейка в стиле ретро 80 х в мультяшном стиле

1200*1200

Микрофон 80 х знак неоновый световой эффект

1200*1200

Стикер ретро 80 х годов вдохновляющая девушка

1200*1200

Наклейки на автомобиль ретро 80 х

1200*1200

Стикер ретро 80 х радуга

1200*1200

аль ба ис 99 имен аллаха

1200*1200

аль ба ис 99 имен аллаха золото

1200*1200

Стикеры в стиле ретро 80 х

1200*1200

Наклейки в стиле ретро 80 х

1200*1200

Стикер гитары ретро 80 х

1200*1200

3d модель надувной подушки bb cream

2500*2500

Стикеры ретро девушка 80 х

1200*1200

набор векторных иконок реалистичные погоды изолированных на прозрачной ба

800*800

ценю хорошо как плоская цвет значок векторная icon замечания

5556*5556

Цветочные наклейки в стиле ретро 80 х

1200*1200

милая ретро девушка 80 х 90 х годов

800*800

prohibited use mobile phone illustration can not be used

2048*2048

Дизайн персонажей моды 80 х годов может быть коммерческими элементами

2000*2000

В онлайн-бутике Zenith будет доступна коллекция винтажных моделей

Впервые коллекцию значимых с исторической точки зрения винтажных часов Zenith Icons, выкупленных, отреставрированных и сертифицированных Мануфактурой в Ле-Локле, показали в бутиках в Токио и Шанхае. Теперь модели будут доступны в онлайн-магазине Zenith в Европе, Японии и США. Флагман коллекции Zenith Icons — уникальная модель золотых часов El Primero G381.

Часы G381 примечательны как своим происхождением, так и тем, что они превосходно сохранились. Этот экземпляр, созданный в 1971 году и проданный в 1972 году у ритейлера Zenith в Неаполе в Италии, никогда не носили. Впервые осмотрев изделие, специалисты Департамента наследия Мануфактуры Zenith, были поражены тем, что защита рисунка на задней крышке находится в первозданном виде, и даже восковая печать и бирки на браслете остались нетронутыми. Осмотр механизма показал полное отсутствие дефектов или износа на движущихся частях. С момента покупки и до своего возвращения на мануфактуру Zenith 50 лет спустя, этот экземпляр G381 остался буквально в нетронутом состоянии.

Часы G381 были одной из первых золотых моделей, созданных мануфактурой Zenith в 1969 году на базе калибра El Primero, поэтому они считаются золотым аналогом A386. Модель получила такой же круглый корпус, десятичную и тахиметрическую шкалу и самую раннюю версию оригинального автоматического механизма с высокочастотным хронографом El Primero. Модель регулярно переиздавалась маленькими сериями с 1969 по 1972 год. В общей сложности было создано около 1000 экземпляров.

Впервые эти часы G381 были представлены в Париже на Vivatech 2021 — крупнейшей в Европе выставке стартапов и технологий. Среди спикеров от лучших технологических брендов и инновационных стартапов выступил и генеральный директор Zenith Жюльен Торнар. Он рассказал, что мануфактура стремится к созданию экологически-ориентированной экономики замкнутого цикла, поэтому занимается восстановлением винтажных изделий и обеспечивает их непрерывную работу. Благодаря использованию техник изготовления и элементов механизма прошлого и настоящего винтажные часы обретают новую жизнь, второй раз за свою историю проходят сертификацию и пополняют коллекцию Zenith Icons.

Донские вузы начали публиковать списки поступивших

1,5 тысячи бюджетных мест добавил Южный федеральный университет этим летом.

И всё равно — конкурс на некоторые специальности составил 10 и даже 18 человек. Впрочем, победители бесконтактных сражений за места под крылом всех донских альма-матер уже увидели свои имена в заветных списках. Второй волны зачислений не будет, в силу вступили новые правила. Разве что могут открыть дополнительную, для пустующих позиций, но это редкость. Что ещё изменилось для абитуриентов и студентов — в тексте сюжета информационной программы «Вести.Дон»:

Начало августа, самый волнительный день для абитуриентов. Вузы начинают публиковать списки студентов. И те, кому удалось попасть в первую волну, уже несут оригиналы документов в университеты. Несмотря на то, что в этом году поступать можно не на 15, как раньше, а сразу на 50 направлений, будущих студентов эта возможность заинтересовала мало. Большинство готовились к отбору только на определенную специальность.

Татьяна Дубинина абитуриент: «На факультет медиакоммуникаций я хотела поступить с 10 класса. Как увидела, я загорелась этим, готовилась к ЕГЭ, вступительным испытаниям. Когда я узнала результаты, было очень много эмоций, это получилось спонтанно. Я думала, что они придут позже, а тут мне пишут, что они уже известны. Я вижу 90 баллов, и у меня счастья выше крыши».

В Ростовскую кузницу технических кадров подали более 38 тысяч заявлений. Половину из них университет получил онлайн. Приёмная кампания в этом году выглядит так: зарегистрировался на сайте, можно и на госуслугах, отправил фото документов и готово. Этим алгоритмом воспользовались те, кто не мог приехать лично. Например, зарубежные студенты. Сегодня на бюджет поступили около шести тысяч абитуриентов. На самых востребованных направлениях — строительстве, IT, машиностроении — шансов на бесплатное образование стало больше. Увеличилось количество мест. Определиться с узкой специальностью теперь можно и после поступления.

Бесарион Месхи, ректор ДГТУ: «В нашем вузе поступают именно по группе направлений специальностей. Это укрупненная группа — 15, 08, 23, 44. Все эти группы специальностей, которые мы сегодня объединили под общий такой список. Это дает сегодня возможность абитуриенту спокойно поступить, а после первого курса определить то направление, именно узкое, которое они хотят выбрать».

А в Южном федеральном новую жизнь получил ранее невостребованный факультет. Корабельное вооружение в Таганроге в этом году дополнили информационными технологиями. Так что теперь за место на этом направлении борются три человека. Проходной балл по всем специальностям в ЮФУ может немного вырасти. Из-за количества поступающих с хорошими результатами. Но университет открыл 1,5 тысячи дополнительных бюджетных мест.

Павел Махно, проректор по образовательной деятельности и информационным технологиям ЮФУ: «В целом количество заявлений на одно бюджетное место по бакалавриату и специалитету составило 2,6. Традиционно направления , связанные с юриспрденцией, филологией и журналистикой, соответственно сервис и туризм, информатика имели более 10 заявлений на место. Что касается экономического факультета, то там порядка 18».

В этом году студенты особенно заинтересовались и естественнонаучными специальностями. За право изучать биологию, химию или физику борются сразу шесть человек на одно место. Учиться в ЮФУ на бакалавриате сегодня хотят около 32 тысяч человек. И если в высшее учебное заведение им все же удастся попасть, пусть и не на бюджет, то в училище Грекова из более чем 300 абитуриентов, подавших документы, учиться бесплатно смогут только 40 человек и еще 20 на коммерческой основе. Но только после сложного творческого испытания.

Ольга Семенцова, ответственный секретарь приёмной комиссии Ростовского художественного училища им. Грекова: «Вступительные испытания начинаются с 11 августа. Три дня рисунок, два дня живопись и один день композиция. Каждое вступительное испытание оценивается по системе зачетов и выстраивается по рейтингу среднего балла аттестата от 5.0 и ниже».

Попасть в училище Грекова хотят абитуриенты со всего юга страны. Поэтому многие начинают учиться здесь еще до поступления. Как, например, София Тарасенко из Краснодарского края.

София Тарасенко: «Я занимаюсь здесь на интенсивных подкурсах для того, чтобы развить подготовку к экзаменам, для того, чтобы было больше преимущество. Также я занималась семь лет на предпрофессиональном обучении в художественной школе, не успела окончить, правда, но в любом случае это большой плюс. И я иду с уверенностью, но немножко волнение присутствует».

В училище Грекова поступить в этом году можно на четыре специальности. При этом количество мест на каждом направлении разное. К примеру, на одно из самых популярных, живопись станковую, подали заявления больше 70 человек. При этом только восемь студентов смогут изучать эту дисциплину бесплатно. А вот узнать результаты и, наконец, выдохнуть абитуриенты-художники и другие желающие получить образование смогут только в конце августа.

Поиски шестого континента. Как моряки-«балтийцы» открыли Антарктиду | Люди | ОБЩЕСТВО

В начале сентября исполняется очередная годовщина со дня рождения Фаддея Беллинсгаузена, российского мореплавателя, адмирала Балтийского флота и одного из первооткрывателей Антарктиды.

«Не могу жить без моря»

Беллинсгаузен (при рождении Фабиан Готлиб фон Беллинсгаузен) родился 9 сентября 1778 года на острове Эзель (тогда входил в состав Лифляндской губернии Российской империи, а ныне известен как эстонский остров Сааремаа) и происходил из старинного дворянского рода. Прибалтийские немцы охотно шли на военную службу в Российской империи, вот и Фабиан Беллинсгаузен уже в 11 лет поступил в Морской кадетский корпус в Кронштадте, превратившись для сослуживцев в Фаддея Фаддеевича.

17-летним юношей Беллинсгаузен получил свой первый флотский чин – он был произведен в гардемарины. В 1803-1806 годах Беллинсгаузен участвовал в первом кругосветном плавании русских судов на шлюпе «Надежда» под командой Ивана Крузенштерна, а по окончании плавания произведен в чин капитан-лейтенанта. И вплоть до 1818 года в его жизни не было ничего выдающегося: исправно продвигался по служебной лестнице, пользовался авторитетом у сослуживцев. Он почти все время находился в плаваниях и признавался, что не может жить без моря, как рыба не живет без воды. Звездным часом Беллинсгаузена стало назначение начальником кругосветной антарктической экспедиции. Целью ее официально было определено – «поиск шестого континента», и когда императорский двор начал подыскивать руководителя, то Крузенштерн рекомендовал «предприимчивого и искусного офицера» Беллинсгаузена. Экспедиция состояла из шлюпов «Восток» и «Мирный», последним командовал Михаил Лазарев. Корабли отбыли из Кронштадта в июне 1819 года.

Ни одного иностранца

Надо отметить, что к тому моменту эпоха географических открытий уже завершалась. Мир в целом обрел свои нынешние очертания, однако южные полярные моря оставались загадкой. О существовании в южных широтах большого материка догадывались еще средневековые географы, достичь Антарктиды несколько раз пытался Джеймс Кук – столкнувшись с непроходимыми льдами, он отказался от своих планов. Кук оповестил весь мир, что проплыть на юг невозможно. Русские мореплаватели доказали, что знаменитый путешественник ошибся. Корабли Балтийского флота не только дошли до Антарктиды, но на обратном пути совершили кругосветное путешествие, потеряв за время плавания в результате несчастных случаев и хронической болезни всего трех человек – фантастический результат по меркам того времени! «Мне советовали принять несколько и иностранных матросов, но я, зная преимущественные свойства российских, коих даже и английским предпочитаю, совету сему последовать не согласился. На обоих кораблях, кроме ученых Горнера, Тилезиуса и Либанда, в путешествии нашем ни одного иностранца не было», – вспоминал позже Фаддей Фаддеевич.

Путешествие было нелегким. Российские моряки трижды пытались пробиться сквозь льды и трижды поворачивали назад, к островам Туле. Наконец, в ноябре 1820 года, дождавшись антарктической весны, Беллинсгаузен вновь пошел на штурм айсбергов.

В середине декабря российские моряки пережили сильнейшую бурю. «Волны подымались в горы», – писал мореплаватель. Наконец, 15 января 1821 года, в ясный солнечный день, с кораблей увидели вдалеке большую землю. Это и была Антарктида. Эпоха великих географических открытий, начатая испанцами и португальцами, была триумфально завершена русскими мореходами.

После возвращения из плавания Беллинсгаузен женился – его супруга Анна Бойкова была младше мореплавателя на 30 лет и успела подарить ему 7 детей (выжили 4 девочки), а также активно занималась общественной работой. Сам Беллинсгаузен позже командовал отрядом судов в Средиземном море, участвовал в русско-турецкой войне, был награжден за взятие крепостей. В 1839 году мореплаватель назначен главным командиром Кронштадтского порта и военным генерал-губернатором Кронштадта. Ежегодно на время морской кампании Беллинсгаузен назначался командующим Балтийским флотом, в 1843 году произведен в чин адмирала. Умер великий мореплаватель в 1852 году. Похоронили Беллинсгаузена в Кронштадте, где через 18 лет ему был воздвигнут памятник.

Кстати

Именем великого первооткрывателя названы 18 географических пунктов на планете. Это острова в Тихом и Атлантическом океанах, море в западной части Антарктиды, мыс на острове Сахалин, шельфовый ледник в Антарктиде.

фото маникюра в морском стиле и тематикой моря

Рассказываем об одном из самых популярных летних вариантов нейл-дизайна в нашей статье

Маникюр в морском стиле – один из самых популярных вариантов летнего дизайна (пошаговую инструкцию по его созданию вы можете найти здесь). Морской маникюр не зря пользуется популярностью, а позитивный летний морской дизайн поражает своим многообразием: от золотых пляжей с ракушками до симпатичных дизайнов с якорем и морскими волнами. При обработке ногтей для морского маникюра нужно руководствоваться общепринятыми правилами маникюра, а дальше подключать фантазию или присматриваться к новинкам нейл-арта. Но для начала советуем пройти наш тест, посвященный разным вариантам нейл-дизайна.

Маникюр в морском стиле настолько многогранен, что подойдет абсолютно для любой девушки. Главное – это создать тот дизайн, который будет хорошо выглядеть именно на ваших ногтях.

Так как морской маникюр чаще всего предполагает большое количество декоративных элементов, то хорошо он будет выглядеть на удлиненной ногтевой пластине (о правилах создания маникюра в домашних условиях читайте здесь). Желательно сначала ознакомиться с фото дизайна ногтей с морской тематикой, а только потом приступать к делу.

Самый простой способ выполнить такой маникюр на ногтях – использовать синий или голубой цвет, украсив его различными узорами или рисунками в морском стиле. Это могут быть морские звезды на песке или чешуйки, как у рыбы или русалки, морские волны, ракушки, пальмы и многое другое. При этом украсить можно все ногти, либо сделать акцент на одном или на двух. Маленькие якоря, тросы и цепи также стант отличным дополнением вашего дизайна ногтей для моря.

Модные тенденции в морском маникюре

Пожалуй, главная тенденция в морском маникюре—2021 – правдоподобные изображения волн. Доверьтесь мастеру по маникюру, в душе которого живет большой художник – и пусть на ваших ногтях бушуют бури как на полотнах Айвазовского. Безусловно, рисовать волны, ракушки, якоря и другие атрибуты отпуска на море можно и в духе наивной живописи, но именно реалистичные изображения будут в особом почете в 2021 году. Хотя рисунке в стиле импрессионистов остаются в тренде уже несколько сезонов.

Еще один мощный тренд—2021 – френч в морском стиле: пусть яркие волны плещутся на кончиках ваших ногтей.

Кстати, лунный маникюр тоже можно оформить в морской тематике, украсив изображениями волн лунки ногтей.

Матовый маникюр по-прежнему в моде, и мы советуем взять на вооружение эту тенденцию. Конечно, море ассоциируется скорее с глянцевым блеском, но что получится, если дополнить нейл-дизайн в морском стиле матовым лаком? Очень эффектный и модный образ!

Вернуться к оглавлению

Советуем почитать:

Модный морской маникюр для коротких ногтей

Если у вас короткие ногти, советуем обойтись минимумом декора. Украсьте тематическим узором или объемным рисунком – ракушки, морской звезды или волны – один-два ногтя. Такой нейл-дизайн смотрится трогательно и мило. Создавая морской маникюр для коротких ногтей, присмотритесь к сочным оттенкам синего: кобальтовый, лазурный, ультрамариновый будут выглядеть дерзко и привлекательно. А кроме того отлично подчеркнут красивый загар.

Вернуться к оглавлению

Модный морской маникюр для длинных ногтей

Миндалевидные ногти своей формой слегка напоминают устричную раковину, поэтому именно форма «миндаль» будет выглядеть особенно уместно, если вы захотите создать морской маникюр для длинных ногтей. А какой именно вариант дизайна ногтей «море» выбрать, подскажет наша фотоподборка.

Вернуться к оглавлению

Морской маникюр: идеи и техники

В морском маникюре можно использовать различные техники. Одна из самых популярных – техника омбре. О том, как выполнить градиент на ногтях самостоятельно мы уже рассказывали в этом материале. Лазурно-голубой или синий переходящий в белый станут идеальным вариантом в том случае, если вы хотите создать дизайн ногтей в морском стиле. А красный лак пригодится для создания неожиданных акцентов.

Кроме ракушек и звезд, на ногтях можно изображать рыб. Например, нарисовать акулу. На удлиненной ногтевой пластине она выглядит особенно интересно – и совсем не страшно!

Некоторые специалисты по нейл-арту работают с фактурой, превращая саму ногтевую пластину в изящную ракушку.

Другим нескучным вариантом для украшения ваших ногтей этим летом станут пальмы: миниатюрные на фоне розового заката или под луной. Кто откажется от такой красоты?

Вернуться к оглавлению

5 подходящих лаков для создания морского маникюра:

Лак для ногтей La Laque Couture, оттенок Beige Leger, YSL
© yslbeauty
У лака широкая плоская кисть, которая отлично распределяет лак. У кисти округлый срез, что позволяет аккуратно прорисовывать кутикулу. Лак прекрасно ложится в один слой и не просвечивает. Один слой лака сознет почти мгновенно. Пока вы будете красить вторую руку, на первой руке покрытие уже успеет высохнуть.
В составе лака розовое масло, что защищает ногтевую пластину от механических повреждений, укрепляет и увлажняет ногти. Таким оттенком лака на ногтях можно сымитировать золотой песок у берега моря в морском маникюре.
Лак для ногтей Colorama, оттенок Сочный апельсин, Maybelline
© ozon
Красно-оранжевый оттенок — то, что нужно для лета. Он поднимет вам настроение даже в самую плохую погоду. Финиш у лаков Colorama глянцевый, покрытие плотное. Для более длительной носки используйте базовое покрытие и топовое поверх двух слоев лака.
Лак для ногтей Vernis in Love, оттенок Jaune Grands Boulevards, Lancôme
© lancome
Нежный лимонный оттенок ассоциируется с отдыхом возле моря и прохладительными напитками. Он идеально подойдет для маникюра в морском стиле. Насыщенный цвет, стойкость и блеск — вот что харакатеризует все лаки Vernis in Love от Lancôme.
Лак для ногтей Color Riche, оттенок Кружево Шантильи, L’Oréal Paris
© ozon
Лак для ногтей Color Riche от L’Oréal Paris — это стойкое покрытие без трещин и сколов, а также глянцевый блеск до 10 дней. Белый оттенок подходит для большинства дизайнов. Чаще всего его используют для техники омбре, в том числе и в морском маникюре.
Лак для ногтей Cashmere Matte Nail Color, оттенок Span in luxe, Essie
© rivegauche
Кисть лака узкая, с круглым сечением. Лак моментально схватывается на ногтях и быстро сохнет. Оттенок Span in luxe прекрасно подойдет для морского маникюра. В составе лака мельчайшие частицы синего шиммера, но к сожалению, на ногтях это не очень заметно за счет сатиново-матового финиша.

Вернуться к оглавлению

Еще десятки версий морского маникюра на любой вкус вы найдете ниже.

Узоры Волны спицами — Топ 15 красивых и простых схем с описаниями и видео

Каждая вязальщица хотя бы раз, но вязала узор волна на спицах. И это понятно. Он настолько выигрышно смотрится, что сразу хочется взяться за спицы и вязать… Чтобы не было необходимости искать схему нужного волнистого узора, я сделала подборку из самых, на мой взгляд, интересных рисунков.

Каталог узоров волнами со схемами и описанием

Большинство узоров волнами основаны на сочетании накидов и провязанных одновременно 2-х или 3-х петель в тех или иных комбинациях. Пряжу вы можете выбирать любую, кроме сильно скрученной или недокрученной. Лучше всего идут нитки среднескрученные, ровные, без утолщений и утончений.

Волнистый ажурный узор

Начнем подборку с простого, но очень красивого волнистого ажурного узора, которым можно связать множество различных изделий от свитера и шарфа , до одеяла или пледа. Вы сможете использовать схему узора при вязании спицами как одним цветом пряжи, так и несколькими.

Описание узора Волна:
Раппорт 18 п.
1 р.: 2 п. вместе лицев. – 6 раз, (накид, 1изнаночн.) – 6 р.
2 р.: лицев.п.;
3 р.: изнаночн.п.;
4 р.: лицев.п.;
5 – 8 р.: как 1 – 4. р.;
9 – 11 р.: как 1 – 3 р.;
12 – 14 р.: лицев.п.

Основное правило: число накидов и провязанных вместе петель должно быть одинаковым!

Ажурные волны

Число петель кратно 12 плюс 1 п. симметрии плюс 2 кромоч.

1, 2, 3, 4 р.: лицев.п.
3, 5, 7, 9, 11 р.: 1лицев., *2 п. вм. с наклоном вправо – 2 р., (НК, 1лицев.) – 3 р., НК, 2 п. вм. с наклоном влево – 2 р., 1лицевая –
повторяйте от * до конца ряда.
4, 6, 8, 10, 12 р.: по рисунку.

Чередуйте с 1-го по 12 р.

Ажурный узор с волнистым краем

Наберите количество петель кратное 15 плюс 2 кром.
1 р.: *(2 п. вм. за переднюю стенку, НК) – 3 раза, 3лицев., (НК, 2 п. вм. за заднюю стен.) – 3 р.*;

2, 4, 6, 8, 10 р.: как смотрят петли.

3 р.: *2 п. вм. за переднюю стен., 1лицев., (НК, 2 вм.за перед.стен.) – 2 раза, НК, 1лицевая, (НК, 2 п.вм.за задн.ст.) – 2 раза, НК, 1лицевая, 2 п. вм.за зад.стен.*;

5 р.: *2 п. вм. за передн.ст., 2лицевые, НК, 2 п. вм.за перед.стенку, НК, 3лицевые, НК, 2 п. вм. за задн.стенку, НК, 2лицев., 2 п. вм.за зад.ст.*;

7 р.: *2 п. вм. за перед.ст., 3лицев., НК, 2 п. вм. за передн.стенку, НК, 1лицев., НК, 2 п. вм. за зад.стенку, НК, 3лицев., 2 п. вм.за зад.ст.*;

9 р.: *2 п. вм. за перед.ст., 4лицевые, НК, 3лицевые, НК, 4лицев., 2 п. вм. за задн.стен.*;

11 р.: изнаночн.п.;
12 р.: изнаночн.п.

Чередуйте с 1-го по 12 р.

Несколько схем простых волн

Вязка волнами иногда напоминает зигзагообразные узоры. Более подробно о зигзагах читайте здесь.

Немного потруднее

А этот ажурный волнообразный узор по способу выполнения немного отличается от предыдущих. И, конечно, его связать будет сложнее. Дело в том, что рисунок необходимо будет вязать как с передней, так и задней части вязаного полотна, а это не всегда удобно и наглядно. Но он того стоит!

Описание вязания узора волна:

Кратно 20 плюс 2 кромочные.

1 р.: 6лиц., 2 вместе с наклоном вправо лиц., 2лиц., НК, 1лиц., НК, 2лиц., 2 вместе с наклоном влево лиц., 5лиц.

2 р.: 4изн., 2 вместе с наклоном вправо (подхватите 2 п. с изнаночной стороны – вначале вторую, затем первую изнаночн.п.), 2изн., НК, 3изн., НК, 2изнан., 2 вместе изнаночной за передние стенки, 5изн.

3 р.: 4лиц., 2 вм. с наклоном вправо лиц., 2лиц., НК, 5лицев., НК, 2лиц., 2 вм. с накл.влево лиц., 3лицев.

4 р.: 2изн., 2 вм. с накл.впр. изнаночн., 2изнан., НК, 7изн., НК, 2 вм. изн., 3изнан.

5 р.: 1лиц., НК, 2лицев., 2 вм. с накл.вл., 11лиц., 2 вм. с нак.впр., 2лиц., НК.

6 р.: 1изн., НК, 2 вм. изн., 9изн., 2 вм. изнаноч. с нак.впр., 2изн., НК, 2изн.

7 р.: 3лицевые, НК, 2изнаноч., 2 вм.лиц. с нак.вл., 7лиц., 2 вм. с нак.впр. лиц., 2лицевые, НК, 2лицевые.

8 р.: 3изнаночные, НК, 2изнаноч., 2 вм. изнан., 5изнан., 2 вм. с накл.впр.изнан., 2изнаночн., НК, 4изн.

Рельефный волнообразный узор

С треугольниками

Мелкая волна

Еще один простейший узор на спицах мелкими волнами, связать который сможет вязальщица с любым, даже с самым небольшим, опытом. Его еще называют Павлиний хвост (перо). Более подробно о разных методах читайте здесь. Он более плотный, с меньшим числом дырочек и поэтому им можно выполнить и теплое изделие. Попробуйте поэкспериментировать с сочетанием разных цветов. Эта вязку часто вяжут именно так.

Будьте внимательны, если вы хотите вязку как на фото с ребрышками, то 4 р. – лицевые п.! Если же без него, то 4-й р. – изнаночн.п.
Раппорт волны – 17 п.
1 р.: (НК, 1лицевая) – 5 р., НК, 2 п. лиц. – 6 раз.
2 р.: изн.
3 и 4 р.: лицев.п.

Морская волна (пена)

Смотрите видео мастер класс:

Цветной рисунок

Необычный вариант

Среди японских узоров есть очень интересная ажурная волна, в которой используются шишечки, связанные крючком. Может быть, кому то покажется такой способ не слишком удобным, но на спицах шишечка для этой вязки получается не такая, как необходимо.

Очень много ажурных узоров на спицах – читайте здесь.

Надеюсь, что моя подборка схем волн на спицах вам понравилась. Буду ждать ваших комментариев.
Автор: Татушка.

Видео уроки с красивыми волнами.

Цветной рисунокНеобычный вариантСреди японских узоров есть очень интересная ажурная волна, в которой используются шишечки, связанные крючком. Может быть, кому то покажется такой способ не слишком удобным, но на спицах шишечка для этой вязки получается не такая, как необходимо.Очень много ажурных узоров на спицах – читайте здесь.Надеюсь, что моя подборка схем волн на спицах вам понравилась. Буду ждать ваших комментариев.
Автор: Татушка.Видео уроки с красивыми волнами.

Нарисованные волны — 58 фото

Волна вектор

Волны мультяшные

Волны нарисованные

Стилизованные волны

Волны нарисованные

Волны рисунок

Волны краски

Волны мультяшные

Волны нарисованные

Нарисовать море

Волны рисунок

Волны цветными карандашами

Стилизованные волны

Морской орнамент

Волны мультяшные

Рисованные волны

Волна стилизация

Стилизованное море

Стилизованные волны

Волны нарисованные

Нарисовать море

Волна акварель

Океан акварелью

Волны нарисованные

Волны иллюстрация

Волна живопись арт

Морская волна арт

Стилизованное море

Стилизованные волны

Стилизованные морские волны

Волны нарисованные

Рисованные волны

Море стилизация

Волны рисунок

Волны мультяшные

Волны нарисованные

Волны мультяшные

Волны рисунок

Море волны вектор

Волны рисунок

Волны нарисованные

Море иллюстрация

Океан гуашью

Сказочные волны

Волны нарисованные

Волны иллюстрация

Волны рисунок

Стилизованные волны

Рисованные волны

Волна вектор

Стилизованное море

Jonas Claesson

Волны нарисованные

Волны рисунок

Зарисовки волны

Волна картина

Волновое движение

Скорость идеализированных бегущих волн в океане зависит от длины волны, а для небольших глубин она также зависит от глубины воды. Отношение скорости волны

Любое такое упрощенное рассмотрение океанских волн будет неадекватным, чтобы описать сложность предмета. Это, безусловно, предмет, который был тщательно изучен, но ни одна модель не может применяться ко всем случаям. Здесь будут кратко изложены некоторые из того, что было изучено.

Предполагается, что океанские волны подчиняются основному соотношению волн c = fλ, где c традиционно используется для обозначения скорости волны или «скорости». Термин «скорость» означает скорость прогрессирующей волны относительно неподвижной воды, поэтому к ней добавляется любое течение или другая чистая скорость воды.

Форма океанской волны часто изображается как синусоидальная волна, но экспериментальная форма волны описывается как «трохоида». Трохоиду можно определить как кривую, очерченную точкой на окружности, когда круг катится по линии.Следующий набросок адаптирован из Bascom.

Форма трохоиды действительно приближается к форме синусоиды для малых амплитуд, но вы, возможно, видите, что форма отличается от формы с сужением пиков трохоиды по сравнению с синусоидой. Это сужение или крутизна пика становится более выраженным по мере увеличения амплитуды волны.

Открытие трохоидальной формы произошло в результате наблюдения, что частицы в воде будут совершать круговое движение при прохождении волны без значительного улучшения их положения.Вода движется вперед по мере прохождения пика волны, но назад по мере прохождения впадины волны, снова достигая того же положения, когда наступает следующий максимум. (На самом деле, эксперименты показывают небольшое продвижение воды вместе с волнами, но это продвижение невелико по сравнению с общим круговым движением.)

Иллюстрация выше, адаптированная из von Arx, показывает направление движения воды в разных точках вдоль волны.

Bascom описывает эксперименты с волноводом, в которых изучалась циркуляция воды.Кружки показывают общее движение среды при прохождении полной длины волны. Обычной практикой было впрыскивание капель масла, которые были выбелены оксидом цинка и доведены до той же плотности, что и вода. Затем можно было проследить орбиты по бокам волнового резервуара. Было обнаружено небольшое смещение орбит в направлении распространения волны.

Аквалангисты на мелководных рифах легко наблюдают тот факт, что движение воды на глубине сглаживается, превращаясь в волны вперед и назад.Эффект волн, бегущих над головой, преобразуется в поступательное и обратное движение водолаза, подвешенного над рифом, и его можно увидеть в движении мягких кораллов и растительности.

Все приведенное выше описание волн относится к длинноволновым волнам, которые фон Аркс называет «гравитационными волнами», подразумевая, что они в основном контролируются гравитацией и инерцией. Их волновые скорости увеличиваются с увеличением длины волны, что называется «нормальной дисперсией». Для волн короче 1,73 см поверхностное натяжение воды оказывает контролирующую силу, и фон Аркс называет их «капиллярными волнами».Их скорость увеличивается с уменьшением длины волны, что называется «аномальной дисперсией». Минимальная скорость волны на длине волны 1,73 см составляет 23,1 см / с. Следующая зависимость глубоководной скорости от длины волны адаптирована из фон Аркса.

Небольшая рябь или капиллярные волны сначала наблюдаются, когда свежий ветер дует над гладкой водой. У них округлые гребни и V-образные впадины. Фон Аркс описывает эти волны как способ, которым ветер «схватывает» воду, поскольку их много, и они медленно движутся впереди ветра.Рассказывают о мореплавателях, которые первыми наблюдали эти капиллярные волны, когда поднимался ветер, а затем испытали волны гравитации, поэтому считалось, что капиллярные волны были первым механизмом, с помощью которого ветер давал энергию воде. По мере нарастания гравитационных волн длина их волн имеет тенденцию увеличиваться, а скорость увеличиваться до тех пор, пока не станет равной скорости ветра, после чего они больше не могут извлекать энергию из ветра.

Форма трохоиды, которая приписывается океанским волнам, меняет форму по мере увеличения амплитуды для данной длины волны.

Модели трохоидных волн

Изменение формы показано слева для одной длины волны, но пик имеет тенденцию становиться уже и круче по мере увеличения амплитуды для данной длины волны. Bascom сообщает об экспериментальных данных, полученных с помощью резервуаров с волнами, которые предполагают, что отношение высоты пика к длине волны 1: 7 является максимальным, а угол 120 ° — минимальным углом для пика. Выше этого отношения пики становились нестабильными. Эскиз нижней волны масштабируется до соотношения между пиком и минимумом 1: 7 по сравнению с длиной волны.

По мере того, как волны движутся к пляжу, более мелкая вода уменьшает скорость волны, поэтому длина волны становится короче, а высота пиков увеличивается. Пики волн становятся нестабильными и, двигаясь быстрее, чем вода внизу, прорываются вперед.

волн и прибрежные объекты | Науки о Земле

Введение

Океанская вода постоянно находится в движении: с севера на юг, с востока на запад, вдоль берега и вертикально.Движение морской воды является результатом волн, приливов и течений (, рис. ниже). Движение океана является следствием множества отдельных факторов: ветра, приливов, эффекта Кориолиса, разницы в плотности воды и формы океанических бассейнов. В этом уроке мы обсудим движения воды и их причины.

Океанские волны переносят энергию через воду на большие расстояния.

Волны

Волны обсуждались в предыдущих главах в нескольких контекстах: сейсмические волны, распространяющиеся по планете, звуковые волны, проходящие через морскую воду, и океанские волны, размывающие пляжи.Волны передают энергию, а размер волны и расстояние, которое она преодолевает, зависят от количества энергии, которое она переносит.

Волны ветра

На этом уроке изучаются самые знакомые волны на поверхности океана. Океанские волны возникают от ветра, дующего над водой — устойчивого или сильного штормового ветра. Иногда эти ветры далеки от того места, где видны океанские волны. Какие факторы создают самые большие океанские волны?

Самые большие ветровые волны образуются при ветре

очень прочный
дует стабильно долго
удары на большое расстояние

Ветер может быть сильным, но если он дует кратковременно, большие волны не образуются.

Ветер, дующий через воду, передает энергию этой воде. Энергия сначала создает крошечные рябь, которая создает неровную поверхность, которую ветер может уловить, чтобы он мог создавать более крупные волны. Эти волны проходят через океан из района, где дует ветер.

Помните, что волна — это передача энергии. Как вы думаете, те же молекулы воды, которые начинаются в волне посреди океана, позже прибывают к берегу?

Волновые молекулы воды образуют круги или эллипсы ( Рис. ниже).Энергия передается между молекулами, но сами молекулы в основном подпрыгивают на месте.

В этой анимации бутылка с водой качается на месте, как молекула воды: http://www.onr.navy.mil/focus/ocean/motion/waves1.htm

Анимация движения ветровых волн от Института океанографии Скриппса: http://earthguide.ucsd.edu/earthguide/diagrams/waves/swf/wave_wind.html

Кружками показано движение молекулы воды в ветровой волне. Энергия волны наибольшая у поверхности и уменьшается с глубиной.А показывает, что молекула воды совершает круговое движение в глубокой воде. B показывает, что молекулы на мелководье движутся по эллиптическому пути из-за дна океана.

Здесь можно увидеть анимацию глубоководной волны: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Deep_water_wave.gif.

Здесь можно увидеть анимацию волны на мелководье: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Shallow_water_wave.gif.

Когда волна разбивается? Волны разбиваются только тогда, когда достигают берега? Волны разбиваются, когда они становятся слишком высокими, чтобы их могла поддержать их основание.Это может произойти в море, но происходит предсказуемо, когда волна поднимается вверх по берегу. Энергия в нижней части волны теряется из-за трения о землю, так что нижняя часть волны замедляется, но верх волны продолжается с той же скоростью. Гребень падает и рушится.

Локальные поверхностные токи

Все поверхностные токи, описанные выше, велики и неизменны. Местные поверхностные течения также встречаются вдоль береговых линий ( Рис. ниже). Два из них — это прибрежные течения и отрывные течения .

Прибрежные течения перемещают воду и наносы параллельно берегу в направлении преобладающих местных ветров.

Риповые течения — это потенциально опасные течения, которые быстро переносят большие объемы воды в море. Посмотрите на анимацию разрывающего тока, чтобы определить, что делать, если вы попали в разрывное течение: http://www.onr.navy.mil/focus/ocean/motion/currents2.htm. Каждое лето в Соединенных Штатах по крайней мере несколько человек умирают, попадая в ловушку течения.

На этой анимации показаны поверхностные течения в Карибском бассейне, Мексиканском заливе и Атлантическом океане у юго-востока США: http://polar.ncep.noaa.gov/ofs/viewer.shtml? -Gulfmex-cur- 0-large-rundate = последний.

Волновое воздействие и эрозия

Вы когда-нибудь были на пляже? На некоторых пляжах есть большие, сильные накатывающиеся волны, которые поднимаются и падают, врезаясь в берег. Все волны энергии проходят через какой-то материал (Рисунок 10.13). Волны, с которыми мы больше всего знакомы, путешествуют по воде. Большинство этих волн образуются из-за ветра, дующего над водой; иногда дуют устойчивые ветры, а иногда — шторм, который формируется над водой. Энергия волн выполняет работу эрозии, когда волна достигает берега. Когда вы находите кусок матового стекла на пляже, вы обнаруживаете некоторые свидетельства работы волн. Какие еще доказательства вы можете найти?

Рисунок 10.13 : Океанские волны — это энергия, проходящая через воду.

Когда ветер дует над поверхностью воды, он волнует воду, создавая знакомую форму волны. Вы можете увидеть эту фигуру на рисунке 10.14. Самая высокая часть волны называется гребнем волны . Самая нижняя часть называется впадиной волны . Расстояние по вертикали от самой высокой части волны до самой низкой называется высотой волны . Горизонтальное расстояние между одним гребнем волны и следующим гребнем называется длиной волны .Три вещи влияют на то, насколько большой может быть волна. Если ветер очень сильный и дует непрерывно в течение длительного времени на большое расстояние, образуются самые большие волны. Ветер может быть сильным, но если он будет кратковременным, больших волн не будет. Более крупные волны выполняют больше работы по эрозии, которая изменяет наши береговые линии. Каждый день, когда волны разбиваются о берег, они неуклонно размывают крошечный кусочек береговой линии. Когда однажды приходит действительно сильный шторм, такой как ураган, он наносит большой урон за очень короткое время.

Рис. 10.14 : Каждая форма волны имеет гребень, впадину, высоту и длину волны.

Когда волны достигают берега, они обычно достигают берега под некоторым углом. Это означает, что одна часть волны достигает мелководья раньше, чем те части волны, которые находятся дальше. Когда волна приближается к берегу, вода «чувствует» дно, что замедляет волну. Таким образом, более мелкие части волны замедляются больше, чем те, которые находятся дальше от берега.Это заставляет волну «изгибаться», что называется преломлением . Волны изгибаются при выходе на берег либо концентрируют энергию волн, либо рассеивают ее. В тихих акваториях, таких как бухты, энергия волн рассеивается и осаждается песок. Такие участки, как скалы, которые выступают в воду, размываются сильной волновой энергией, которая концентрирует свою силу на утесе (рис. 10.15).

Рисунок 10.15 : Скалы размыты действием волн, которые концентрируют энергию в этих областях.

Вырезанные волнами скалы образуются там, где волны врезаются в нижнюю часть утеса, размывая там почву и камни. Сначала волны врезаются в основание утеса. Если отрезать достаточно материала, утес наверху может рухнуть в воду. Многолетняя эрозия этого типа может сформировать волнообразную платформу (рис. 10.16).

Рис. 10.16 : Эта большая платформа, рассекающая волны, образовалась в результате резания волн на скалах слева.

Рис. 10.18 : Морской столб образуется, если верхние слои породы обрушиваются, оставляя изолированную вершину.

Если волны размывают скалу с двух сторон, в результате эрозии в скале может образоваться открытое пространство, называемое аркой (рис. 10.17). Если материал над аркой со временем выветрится, в воде может остаться кусок высокой скалы, который называется морской штабель (рис. 10.18).

Рисунок 10.17 : Морская арка может образоваться, если волны размываются с противоположных сторон обрыва.

Волновое осаждение

Реки несут на берег песок, образовавшийся в результате эрозии гор и суши континентов. Почва и скалы также размываются волнами со скал и береговых линий. Этот материал переносится волнами и откладывается в более тихих акваториях. Когда волны выходят на берег и разбиваются, вода и частицы движутся вдоль берега. Когда в одном месте скапливается много песка, образуется пляж.Пляжи могут быть сделаны из минеральных зерен, таких как кварц, но пляжи также могут быть сделаны из кусочков раковин или кораллов или даже из кусочков разбитой застывшей лавы (рис. 10.19).

Рис. 10.19 : Кварц, обломки горных пород и ракушки составляют песок вдоль пляжа.

Волны постоянно перемещают песчинки вдоль берега. Более мелкие частицы, такие как ил и глина, не оседают на берегу, потому что вода здесь слишком бурная. Работа волн перемещает песок с пляжей на берегу к песчаным отмелям у берегов в зависимости от времени года.Летом волны меньшей энергии приносят песок на пляж и оставляют его там. Это хорошо для многих людей, которым нравится сидеть на мягком песке, когда они посещают пляж (рис. 10.20). Зимой волны и штормы более высокой энергии уносят песок с пляжа обратно в море. Если вы посетите свой любимый пляж зимой, вы найдете более крутой и каменистый пляж, чем плоский песчаный пляж летом. Некоторые общины перевозят песок грузовиками, чтобы пополнить запасы песка на пляжи. Очень важно изучить энергию волн и понять типы частиц песка, которые обычно составляют пляж, прежде чем тратить на это много денег.Если в песке, который ввозят, есть куски, которые достаточно малы, чтобы их уносили волны на этом пляже, песок исчезнет за очень короткое время.

Рисунок 10.20 : Отложения песка в тихих районах вдоль береговой линии, образующие пляж.

Рисунок 10.21 : Эти песчаные дюны являются частью острова Падре у побережья Техаса, который является барьерным островом.

Песок, переносимый волнами, разбивающимися о берег, может образовывать песчаные косы, простирающиеся через залив, или песчаные гряды, отходящие от берега, называемые косами .Иногда конец косы изгибается в сторону более спокойных вод залива, когда волны преломляются, заставляя песок изгибаться в форме крючка.

Когда земля, образующая берег, относительно плоская и пологая, береговая линия может быть выровнена длинными узкими островами, называемыми барьерными островами (рис. 10.21). Большинство барьерных островов имеют ширину всего несколько километров и длину десятки километров. Многие известные пляжи, такие как Майами-Бич, являются барьерными островами. В своем естественном состоянии барьерный остров действует как первая линия защиты от штормов, подобных ураганам.

Вместо того, чтобы сохранять естественные барьерные острова, эти районы в конечном итоге становятся одними из наиболее застроенных урбанизированных районов нашего побережья. Это означает, что штормы, такие как ураганы, наносят ущерб домам и предприятиям, а не поражают мягкие песчаные участки с растительностью. Некоторые ураганы настолько сильно ударили по барьерным островам, что прорвались сквозь остров, унося песок, дома и все на своем пути.

Защита береговой линии

Люди строят несколько различных типов сооружений, чтобы попытаться замедлить обычную эрозию, вызываемую волнами, и помочь предотвратить повреждение домов от сильных штормов.Одно строение, которое строят люди, называется гройн (или пах) , представляет собой длинную узкую груду камней, уходящую в воду под прямым углом к береговой линии (рис. 10.22). Гройн улавливает песок с одной стороны, удерживая песок там, а не позволяя ему перемещаться вдоль береговой линии. Это хорошо работает для человека, который находится на восходящей стороне Гройны, но создает проблемы для людей на противоположной, нисходящей стороне. У этих людей больше нет песка, доходящего до участков перед их домами.В результате люди вынуждены строить еще одну гройну, чтобы улавливать там песок. Это означает, что многие люди строят бойны, но это не очень хороший ответ на проблему волновой эрозии.

Рисунок 10.22 : Выемки расположены перпендикулярно береговой линии, чтобы песок не уносился с пляжа.

Некоторые другие сооружения, которые строят люди, включают волноломов и морских стен (рис. 10.23). Оба они построены параллельно береговой линии.Вдали от берега в воде сооружают волнолом, а прямо вдоль берега сооружают морскую стену. Волнорезы строятся в бухтах, чтобы защитить лодки от энергии прибойных волн. Иногда в этих тихих акваториях достаточно отложений песка, и людям приходится работать над их удалением. Морские стены построены для защиты пляжных домиков от волн во время сильных штормов. Если волны во время шторма очень большие, иногда они размывают всю морскую стену, оставляя территорию полностью незащищенной.Люди не всегда хотят выбирать безопасные методы строительства и вместо этого предпочитают строить пляжный домик прямо на пляже. Если вы хотите, чтобы ваш пляжный домик оставался в хорошей форме на долгие годы, разумнее построить дом подальше от берега.

Рис. 10.23 : На этом спутниковом снимке видны волнорезы, построенные параллельно береговой линии для защиты территорий от сильных волн.

Краткое содержание урока

Волны в океане — это то, что мы видим, когда энергия проходит через воду.
Энергия волн порождает эрозионные образования, такие как скалы, волнорезанные платформы, морские арки и морские скалы.
Когда волны достигают берега, в определенных областях образуются отложения, такие как пляжи, косы и барьерные острова.
Ямы, пристани, волнорезы и морские стены — это сооружения, которые люди строят для защиты берега от эрозии прибойных волн.

Обзорные вопросы

Назовите три сооружения, которые люди строят, чтобы предотвратить волновую эрозию.
Назовите три естественные формы рельефа, образовавшиеся в результате волновой эрозии.
Как называются части сигнала?
Опишите процесс, вызывающий преломление волн.
Если бы вы посетили пляж в тропической зоне с коралловыми рифами, из чего бы он был сделан?

Словарь

арка: Эрозионная форма рельефа, образующаяся, когда волны размывают утес.
барьерный остров: Длинный узкий остров, обычно состоящий из песка, который служит первой линией защиты природы от штормов.
волнорез: Конструкция, построенная в воде параллельно берегу для защиты лодок или гавани от сильных волн.
гройне: Длинные узкие груды камня или бревен, построенные перпендикулярно берегу для улавливания песка.
морской стек: Изолированная каменная башня, которая образуется при обрушении морской арки.
морская стена: Строение построено вдоль берега, параллельно берегу, для защиты от сильных волн.
вертел: Длинная узкая полоса песка, образующаяся, когда волны переносят песок вдоль берега.
волнообразная платформа: Плоский ровный участок, образованный волновой эрозией, когда волны подрезают скалы.
гребень волны: Самая высокая часть формы волны.
высота волны: Вертикальное расстояние от гребня волны до впадины волны.
длина волны: Горизонтальное расстояние от гребня волны до гребня волны.
корыто для волн: Самая нижняя часть формы волны.

На что обратить внимание

Какие ситуации могут увеличить скорость эрозии волнами?
Если барьерные острова — первая линия защиты природы от океанских штормов, почему люди строят на них?
Может ли морская стена когда-либо увеличить урон, наносимый волнами?

Измерение волн

— CDIP 1.1 документация

Волны — волнения на воде — постоянно присутствуют в мире океаны. Поскольку волны распространяются по всему земному шару, передавая огромные количество энергии, понимание их движений и характеристик. существенный. Силы, создаваемые волнами, являются основным фактором воздействия геометрия пляжей, перенос песка и других отложений в прибрежный район, а также напряжения и деформации на прибрежных конструкции. Когда волны большие, они также могут вызывать значительные угроза коммерческому судоходству, прогулкам на лодках и пляжному отдыху общественность.Таким образом, для обеспечения рационального прибрежного планирования и общественной безопасности измерение и анализ имеют большое значение.

Приведенное ниже обсуждение в значительной степени основано на Части II, Главе 1 Руководство по прибрежной инженерии (CEM), опубликовано Инженерным корпусом сухопутных войск США Лаборатория гидравлики. Для получения более подробной информации рекомендуем обратиться напрямую в CEM.

Генерация волн

Волны создаются силами, которые волнуют водоем. Они могут результат действия широкого диапазона сил — гравитационного притяжения Солнца и луна, подводные землетрясения и оползни, движения лодки и пловцы.Однако подавляющее большинство океанских волн генерируется ветром.

В океане, когда ветер дует по гладкой водной глади, воздух молекулы отталкиваются от воды. Это трение между воздухом и вода поднимает крошечные гребни или рябь на поверхности океана. Как ветер продолжает дуть, эта рябь увеличивается в размерах, со временем увеличиваясь в волны, которые могут достигать многих метров в высоту.

Три фактора определяют, насколько большими могут стать порождаемые ветром волны. В первый фактор — скорость ветра, второй фактор — продолжительность ветра, или время, в течение которого дует ветер.Последний фактор — выборка, расстояние, на котором дует ветер без изменения направления. Чем сильнее ветер, тем дольше он дует, и чем больше скорость ветра, тем большие волны, которые будут в результате. Но рост ветрового океанские волны не бесконечны. После определенного момента энергия передаваемый в воду устойчивым ветром, рассеивается при разбиении волн (часто в виде белых шапок). Когда это происходит, и волны не могут дольше растут, состояние моря считается «полностью развитым».

Когда волны создаются сильным ветром во время шторма, море поверхность обычно выглядит очень хаотичной, с множеством коротких крутых волн разной высоты. В спокойных местах вдали от сильных ветров, океанских волн часто имеют совершенно другой вид, образуя длинные катящиеся пики однородной форма. По этой причине физики-океанографы различают два типа поверхностных волн: моря и валы. Море относятся к кратковременным волны, которые все еще создаются ветрами или находятся очень близко к область, в которой они были созданы.Волны относятся к волнам, которые переместились вне зоны генерации, вдали от ветров, которые сделал их.

В целом моря короткие и неровные, а их поверхность выглядит гораздо более беспокоящим, чем опухоль. С другой стороны, набухает, имеют гладкие, четко очерченные гребни и относительно длинные периоды. Swell — это более однородный и регулярный, чем моря, потому что энергия волн становится больше организован, поскольку он путешествует на большие расстояния. Волны с более длинным периодом движутся быстрее чем волны с коротким периодом, и первыми достигают удаленных участков.Кроме того, энергия волны рассеивается по мере распространения волн (от трения, турбулентности, и т. д.), а короткопериодические волновые компоненты быстрее теряют свою энергию чем долгопериодные компоненты. Вследствие этих процессов набухает образуют более длинные, гладкие и однородные волны, чем моря.

Волновая динамика

Глядя на воду, океанская волна в глубокой воде может показаться массивный движущийся объект — стена воды, движущаяся по морю поверхность. Но на самом деле вода не движется вместе с волной.В поверхность воды — и все, что плавает на ней, например, лодка или буй — просто качается вверх и вниз, движется по кругу, поднимается и опускается шаблон. В волне именно возмущение и связанная с ним энергия путешествовать с места на место, а не по воде океана. Океанская волна — это следовательно, поток энергии, идущий от источника к конечному расставаться. Этот разрыв может произойти посреди океана или недалеко от берега в зоне для серфинга.

Чтобы понять движение и поведение волн, помогает рассмотрите простые волны: волны, которые можно описать простыми математические термины.Синусоидальные или монохроматические волны являются примерами простые волны, поскольку профиль их поверхности можно описать одним функция синуса или косинуса. Такие простые волны легко измерить и проанализированы, поскольку все их основные характеристики остаются неизменными.

Простая монохроматическая волна. Из-за их единообразия простые волны могут быть легко изучены.

Волновая анатомия

Линия тихой воды — Уровень морской поверхности, если бы он был идеальным. спокойный и ровный.
Гребень — самая высокая точка на волне выше линии спокойной воды.
Желоб — Самая низкая точка на волне ниже линии стоячей воды.
Высота волны — расстояние по вертикали между гребнем и впадиной.
Длина волны — горизонтальное расстояние между последовательными гребнями или кормушки.
Период волны — время, необходимое для прохождения одной полной волны конкретный момент.
Частота волны — количество волн, которые проходят определенную точку в заданный период времени.
Амплитуда — половина высоты волны или расстояние от гребень или желоб к линии стоячей воды.
Глубина — расстояние от дна океана до линии тихой воды.
Направление распространения — направление, в котором волна путешествия.

Движение и поведение простых синусоидальных волн может быть полностью описывается, когда длина волны (L), высота (H), период (T) и глубина (d) известны.Например, на глубокой воде — когда глубина больше половина длины волны — скорость волны можно определить по длине волны размер. С другой стороны, на мелководье скорость волны в первую очередь зависит от на глубине воды.

Точно так же высота волны ограничена как глубиной, так и длиной волны. Для учитывая глубину воды и период волн, существует предел максимальной высоты выше волна становится неустойчивой и разбивается. В глубокой воде этот верхний предел высоты волны, называемой высотой обрушивающейся волны, является функцией длина волны.Однако на мелководье это зависит от глубины и длина волны. (Исследования показывают, что предельная крутизна волны H / L = 0,141 для глубокой воды и H / d = 0,83 для уединенных волн на мелководье.)

Нерегулярные волны

Хотя простые волны легко анализируются, в их совершенной регулярности они не точно отображают изменчивость океанских волн. Смотрящий в море никогда не увидишь постоянного роста идентичных волны. Вместо этого морская поверхность состоит из волн разной высоты. и периоды, движущиеся в разных направлениях.Когда дует ветер и волны в ответ нарастают, моря имеют свойство путаться: широкий соблюдается диапазон высот и периодов. Набухание более регулярное, но оно тоже имеет принципиально нерегулярный характер, с некоторой изменчивостью в высота и период. Фактически, очень регулярные волны могут генерироваться в лабораторные, но в природе встречаются редко.

Как только мы осознаем фундаментальную изменчивость поверхность моря, возникает необходимость обработки характеристики морской поверхности в статистических термины.Поверхность океана часто представляет собой комбинацию много волновых составляющих. Эти отдельные компоненты были порождены ветром в разных регионах океан и распространились до точки наблюдение, образуя сложные волны. Волны видно при реальных измерениях поверхности моря, дно, намного более нерегулярны, чем простые волны, вверху.

Если бы самописец измерял волны в фиксированном месте в океане, запись волновой поверхности будет довольно нерегулярной и случайной. Несмотря на то что отдельные волны могут быть идентифицированы, существует значительная вариабельность в высота и период от волны к волне.Следовательно, определения волны характеристики — рост, период и т. д. — должны быть статистическими или вероятностный, указывающий на тяжесть волновых условий.

Путем анализа измерений естественного состояния моря с помощью временных рядов некоторые могут быть произведены статистические оценки простых параметров. Большинство Важным из этих параметров является значительная высота волны Hs. Hs (или H 1/3) — среднее значение наибольшей 1/3 (33%) волн, зарегистрированных во время период выборки. Эта статистическая мера была разработана, чтобы соответствовать оценки высоты волны, сделанные опытными наблюдателями.(Наблюдатели делают не замечать все мелкие волны, которые проходят мимо; вместо этого они сосредотачиваются на более крупные и заметные пики.)

Поскольку условия океана постоянно меняются, такие меры, как значительная высота волны — это краткосрочная статистика, рассчитанная для выборки периоды, которые обычно составляют один час или меньше. (Большинство КРИС параметры рассчитаны на периоды от 26 до 30 минут.) Кроме того, важно помнить, что значительная высота волны — это статистическая мера, и она не предназначена для соответствия каким-либо специфическая волна.В период выборки будет много волн меньше, чем Hs, а некоторые больше. Статистически наибольшая волна в 1000-волновой выборке, вероятно, будет почти в два раза больше (1.86x) значительная высота волны!

Ряд других волновых параметров, таких как Ta, средний период, измеряется для описания естественного состояния моря. Но даже вместе взятые основные параметры волны дают очень ограниченную информацию о волне характеристики и поведение. Одно значение Hs может соответствовать широкому диапазон условий, комбинируя волны из любого количества различных набухает.По этой причине физические океанографы разработали анализ дающие более подробные и полные измерения океанских волн.

Спектральный анализ

Существуют два основных подхода к лечению сложных волн: спектральный анализ. и покадровый анализ (волновой цуг). Более мощный и популярный из Этими двумя подходами является спектральный анализ. Спектральный анализ предполагает что состояние моря можно рассматривать как комбинацию или суперпозицию большого количества регулярных составляющих синусоидальной волны с разными частоты, высоты и направления.Это очень полезное предположение в волновом анализе, поскольку морские состояния фактически состоят из волн от количество различных источников, каждый со своей характерной высотой, период и направление движения.

Математически спектральный анализ основан на преобразовании Фурье морская гладь. Преобразование Фурье допускает любое непрерывное, с нулевым средним сигнал — как запись временного ряда о высоте поверхности моря — должен быть превращается в сумму простых синусоид. Эти синусоидальные волны компоненты состояния моря, каждый с определенной высотой, частотой, и направление.Другими словами, метод спектрального анализа определяет распределение волновой энергии и средняя статистика для каждой волны частоты путем преобразования временного ряда записи волны в волну спектр. По сути, это преобразование временной области в частотной области, и наиболее удобно использовать математический инструмент, известный как быстрое преобразование Фурье (БПФ).

Спектральный подход указывает, какие частоты имеют значительную энергию содержание, а также направление волновой энергии движется в каждом частота.Волновой спектр можно легко построить в зависимости от частоты. график плотности энергии, который может предоставить важную информацию о волновой образец и соответствующие условия океана. Общая форма сюжет, на самом деле, раскрывает многое: будь то море или зыбь преобладают, количество присутствующих отчетливых вздутий и т. д. Например, во время сильных ветров спектр имеет тенденцию к широкому центральному пик. Для волн, распространившихся на большое расстояние от источника поколения, с другой стороны, спектр имеет тенденцию иметь один резкий, низкочастотный (долгопериодный) пик.

Площадь под графиком частота / плотность энергии — Hmo, спектральная оценка значительной высоты волны. На большой глубине h2 / 3 и Hm0 очень близки по стоимости и оба считаются хорошими оценками Hs. По факту, все современные модели прогноза волн сообщают Hm0 как значительную волну рост. Аналогичным образом, значения Hs, полученные из записей волновода, равны также Hm0. (Однако стоит отметить, что на мелководье H 1/3 может быть значительно больше, чем Hmo, особенно для низкочастотных волн.)

Измерительные волны

Вся ценная информация, полученная с помощью спектрального волнового анализа, основанный на одном: записи временных рядов отметок поверхности моря. В Как правило, временные ряды анализируются за короткие периоды, от 17 до 68 минут и измеряются с частотой примерно один образец в секунду (1 Гц).

Существует два основных типа датчиков, используемых для измерения поверхности моря. датчики высоты, давления и буи. Датчики давления устанавливаются на фиксированное положение под водой, и они измеряют высоту воды столбец, который проходит над ними.По мере прохождения гребней волны высота водяной столб увеличивается; при приближении желобов высота водяного столба падает. Вычитая глубину датчика из водяного столба высоты может быть произведена запись высоты поверхности моря.

Буи едут по поверхности океана. Оснащен акселерометрами для записи собственных движений буи поднимаются вместе с гребнями волн и опускаются с желобами. Поскольку буи всегда плавают по поверхности моря, по записывая свои собственные движения, они фактически записывают движения морской поверхности.Показания акселерометров внутри буев может использоваться для расчета вертикальных перемещений буев; эти ценности также являются рекордом высоты поверхности моря.

Записи высот поверхности моря с одной точки достаточно, чтобы генерировать энергетический спектр. Чтобы определить направление волн и генерировать направленный спектр, однако требуется больше информации. Один из способов создать направленный спектр — измерить тот же параметр — например, давление — в ряде близлежащих мест.КРИС например, все ранние направленные измерения были записаны квадратные решетки датчиков давления со стороной 10 метров.

Другой способ получения направленного спектра — измерение разные параметры в одной и той же точке. Это подход, используемый в направленные буи, которые измеряют тангаж и крен в дополнение к вертикальному поднимать. Хотя КРИС полагался на массивы датчиков давления и направленные буи для измерения его направления, другие инструменты также можно использовать.Например, метод p-U-V использует давление датчик и измеритель тока горизонтальной составляющей почти одинаковы место для измерения волнового поля. Другие техники для направленного Измерение волн включает в себя массивы проводов с пробивкой поверхности, трехосные измерители тока, акустические доплеровские измерители тока и радары.

Бассейн для перенапряжения и энергии

Для измерения волн на море и зыби с периодами менее 40 секунд. или около того — волноводный анализ КРИС описан выше. Давление КРИС датчики, однако, также использовались для измерения наклона, уровня воды изменяется с периодом от минуты до часа.Скачок создается атмосферные и сейсмические силы, и попадает между стандартными ветровыми волнами движение и приливные движения.

Для измерения помпажа этапы отбора проб и обработки несколько другой. Первоначально частота дискретизации датчиков давления предназначалась для обнаружение всплеска было установлено на 0,125 Гц (1 образец каждые 8 секунд) из-за ограниченное пространство для хранения данных. Поскольку хранение данных стало более доступным, частота дискретизации увеличена до 1 Гц. Предварительная обработка данных помпажа отличается от данных без всплеска из-за длительного времени набора данных (примерно 2.3-4,6 часа). Для этих данных убираем приливную составная часть. Для измерений, которые проводились в областях, где волна высота (т.е. энергия в диапазоне 8-30 секунд) низкая, например, гавани или защищенные входы, многие проверки качества данных перед обработкой (разработан для волн в открытом океане) обходятся стороной.

Важным типом нагона является нагон воды (или «энергетический бассейн»), нагон что происходит на частично закрытой территории, например, в искусственной гавани или марина. В нескольких местах (например, Barbers Point, Kahalui и Noyo), были проведены исследования для одновременного обнаружения скачков внутри локального гавань и за пределами гавани в открытом океане.Эти исследования смогли соотнести волновую и нагонную активность открытого океана с разрушительной резонансный нагон в акваториях гавани.

Ураганы

Ураганы, тропические циклоны, рожденные в теплых водах Атлантики Океан, Карибское море и Мексиканский залив представляют собой ежегодную угрозу для Восточное побережье США и побережье Персидского залива. Сильные ветры, большие волны и штормовой нагон, связанный с этими штормами, может вызвать серьезные прибрежные эрозия, наводнение и материальный ущерб. Данные с буев КРИС помогают в усилия по прибрежному планированию для смягчения негативных последствий ураганы.Для получения более подробной информации, пожалуйста, обратитесь к нашему Урагану. Страница событий.

Цунами

Все вышеперечисленное относится к ветровым волны, волны, которые составляют основу работы КРИС. Цунами — это отдельный класс океанских волн в целом. Создано под водой землетрясения, оползни и извержения вулканов вместо ветра, цунами сильно различаются по своей динамике. У них намного дольше длины волн и периоды, чем волны, генерируемые ветром, и распространяются на большие расстояния большие скорости.Вместо периодов продолжительностью 30 секунд или меньше цунами имеют периоды от нескольких минут до одного часа; вместо того, чтобы путешествовать со скоростью менее 100 км / ч они часто движутся со скоростью 700 км / ч и более.

Поскольку динамика цунами так резко контрастирует с ветровых волн, многие датчики КРИС не оборудованы для измерения их. Наши буи, например, не измеряют волновые движения с периодами более 40 секунд; они не могут регистрировать цунами. Подводный датчики давления, используемые CDIP, однако, обнаруживают изменения уровня моря. в течение более длительных периодов времени, и может использоваться для изучения и анализа движений цунами.За прошедшие годы они зафиксировали ряд цунами в Тихий океан. Для получения более подробной информации, пожалуйста, обратитесь к нашему Цунами. События.

Ocean Wave — обзор

В полевых исследованиях остается еще больше проблем с анализом процессов и связанных с ними характеристик и хронологий. Информативными могут быть прямые наблюдения за геоморфологическими и осадочными отложениями во время экстремального явления или при непосредственном наблюдении за ним. Тем не менее, каждое событие зависит от места и энергии, и поэтому сравнения, которые можно провести между событиями, ограничены.Чтобы создать прочную фундаментальную основу для новой области прибрежных наук, такой как отложение валунов в результате цунами, необходимо общее соглашение о терминологии и основных данных для разработки обоснованных выводов, которые включают:

—

определение « прибрежный валун », исключающий все дислокационные процессы, кроме морских;

—

форма, размер и масса отдельных валунов и самых крупных валунов в месторождении;

—

степень горизонтального и вертикального перемещения в зависимости от места происхождения (например, происходит ли оно от коренных пород или от приливной каймы), включая информацию о том, подвергался ли валун многократному / повторяющемуся перемещению или обратному смыву;

—

возраст отложений, который можно определить по растительности и почвенному покрову, лишайниковому покрову, характеристикам и интенсивности выветривания, связи с близлежащими архивами отложений и возрасту поверхности;

—

геология и топография побережья, включая рельеф и подверженность воздействию морских сил, включая приливы;

—

История уровня моря за (потенциальный) период времени осаждения;

—

тип процесса транспортировки: скольжение, вращение, сальтация, включая то, перевернут ли валун, истерзан или со следами столкновения, перемещен отдельно или с другим обломком;

—

тип отложений: независимо от того, был ли валун отложен по отдельности, в виде группы, кучи, гребня, россыпи или плотного поля валунов, черепица;

—

прибрежная батиметрия и зарегистрированные или потенциальные высоты волн;

—

любая документация (геологическая, геоморфологическая, осадочная, археологическая, мифологическая / легендарная, историческая) прошлых экстремальных явлений (штормов, цунами).

Теория мелководных волн — Coastal Wiki

Введение

В этой статье объясняются некоторые теории периодических прогрессивных волн и их взаимодействия с береговой линией и прибрежными структурами. В первом разделе дается описательный обзор генерации ветровых волн, их характеристик, процессов, управляющих их движением и преобразованием. В следующих разделах описываются некоторые аспекты волновой теории конкретного применения в прибрежной инженерии.Некоторые результаты цитируются без вывода, поскольку выводы часто бывают длинными и сложными. Заинтересованный читатель должен обратиться к предоставленным ссылкам для получения более подробной информации.

Следует отметить, что эта статья была взята из учебника «Береговая инженерия: процессы, теория и практика проектирования» 2-е издание (2012 г.) и 3-е издание (в печати) ^[1], с разрешения Spon Нажмите.

Генерация волн

Рисунок 1. Генерация и дисперсия волн.

Океанские волны в основном возникают в результате воздействия ветра на воду.Волны изначально образуются в результате сложного процесса резонанса и сдвига, в котором возникают волны разной высоты, длины и периода, которые распространяются в разных направлениях. После образования океанские волны могут распространяться на огромные расстояния, распространяться по площади и уменьшаться в высоте, но сохраняя длину волны и период, как показано на рисунке 1.

В зоне генерации штормовой зоны энергия высокочастотных волн (например, волн с малым периодом) как рассеивается, так и передается на более низкие частоты.Волны разной частоты распространяются с разной скоростью, и поэтому за пределами области генерации шторма состояние моря изменяется, поскольку различные частотные составляющие разделяются. Низкочастотные волны распространяются быстрее, чем высокочастотные, что приводит к волнению на море, а не к штормовому морю. Этот процесс известен как дисперсия. Таким образом, ветровые волны можно охарактеризовать как нерегулярные, с короткими гребнями и крутые, содержащие большой диапазон частот и направлений. С другой стороны, волны зыби можно охарактеризовать как довольно регулярные, с длинными гребнями и не очень крутые, содержащие небольшой диапазон низких частот и направлений.

Рисунок 2. Волновые преобразования в заливе Бигбери, Девон, Англия. Фотография любезно предоставлена доктором С. М. Уайтом. Рисунок 3. Волновое преобразование, основные понятия.

Когда волны приближаются к береговой линии, их высота и длина изменяются в результате процессов преломления и мелководья, прежде чем они обрушатся на берег. Как только волны разбиваются, они попадают в то, что называется зоной прибоя. Здесь происходят некоторые из наиболее сложных процессов трансформации и затухания, включая возникновение поперечных и прибрежных течений, установление среднего уровня воды и интенсивный перенос наносов материала пляжа.Некоторые из этих процессов очевидны на Рисунке 2.

При наличии прибрежных структур, будь то на береговой линии или в прибрежной зоне, волны также могут дифрагировать и отражаться, что приводит к дополнительным сложностям в движении волн. На рисунке 3 показана упрощенная концепция основных процессов преобразования и затухания волн, которые должны быть приняты во внимание инженерами береговой линии при проектировании схем береговой защиты.

Кроме того, наличие групп волн имеет большое значение, поскольку было показано, что они ответственны за структурные разрушения некоторых морских сооружений, спроектированных с использованием традиционного подхода.Существование групп волн также порождает вторичные волновые формы гораздо более низкой частоты и амплитуды, называемые связанными длинными волнами (см. Инфрагравитационные волны). Внутри зоны прибоя эти волны отделяются от «коротких» волн, и было показано, что они оказывают большое влияние на перенос наносов и морфологию пляжа, создавая длинные и поперечные береговые изменения в волновом поле зоны прибоя.

Теория волн малой амплитуды

Самое раннее математическое описание периодических прогрессивных волн было приписано Эйри в 1845 году.Теория волн Эйри строго применима только к условиям, в которых высота волны мала по сравнению с длиной волны и глубиной воды. Ее обычно называют линейной теорией или теорией волн первого порядка из-за упрощающих предположений, сделанных при ее выводе.

Вывод уравнений волн Эйри

Рисунок 4. Схема определения синусоидальной волны.

Волна Эйри была получена с использованием концепции двумерного потока идеальной жидкости. Это разумная отправная точка для океанских волн, на которые не сильно влияют вязкость, поверхностное натяжение или турбулентность.

На рисунке 4 показана синусоидальная волна с длиной волны [math] L [/ math], высотой [math] H [/ math] и периодом [math] T [/ math], распространяющаяся по воде с невозмущенной глубиной [math] h [ / математика]. Изменение высоты поверхности во времени от уровня стоячей воды обозначается [math] \ eta [/ math] (называемое экскурсией) и выражается как

[математика] \ eta = \ Large \ frac {H} {2} \ normalsize \ cos \ left \ {2 \ pi \ left (\ Large \ frac {x} {L} \ normalsize — \ Large \ frac { t} {T} \ normalsize \ right) \ right \}, \ qquad (1) [/ math]

где [math] x [/ math] — это расстояние, измеренное по горизонтальной оси, а [math] t [/ math] — время. {2} \ normalsize}, [/ math]

где [math] u [/ math] — скорость в направлении [math] x [/ math] [math] w [/ math] — скорость в направлении [math] z [/ math] [math] \ phi [/ math] — потенциал скорости, а

[математика] u = \ Large \ frac {\ partial \ phi} {\ partial x} \ normalsize, \ quad w = \ Large \ frac {\ partial \ phi} {\ partial z} \ normalsize.[/ математика]

Ищется решение для [math] \ phi [/ math], которое удовлетворяет уравнению Лапласа во всем теле потока. Кроме того, это решение должно удовлетворять граничным условиям на дне и на поверхности. На дне, предполагаемом горизонтальным, вертикальная скорость w должна быть равна нулю. На поверхности любая частица на поверхности должна оставаться на поверхности, поэтому

[математика] w = \ Large \ frac {\ partial \ eta} {\ partial t} \ normalsize + u \ Large \ frac {\ partial \ eta} {\ partial x} \ normalsize, \ quad z = \ eta [/ математика]

и (нестационарное) уравнение энергии Бернулли должно выполняться,

[математика] \ Large \ frac {p} {\ rho} \ normalsize + \ Large \ frac {1} {2} \ normalsize \ left (u ^ {2} + w ^ {2} \ right) + g \ eta + \ Large \ frac {\ partial \ phi} {\ partial t} \ normalsize = C (t), \ quad z = \ eta.[/ математика]

Предположения, что [math] H \ ll L [/ math] и [math] H \ ll h [/ math] приводят к линеаризованным граничным условиям (в которых не учитываются члены меньшего, высшего порядка и произведения). Полученные кинематические и динамические граничные уравнения затем применяются на уровне спокойной воды, задаваемом формулой

[математика] w = \ Large \ frac {\ partial \ eta} {\ partial t} \ normalsize, \ quad g \ eta + \ Large \ frac {\ partial \ phi} {\ partial t} \ normalsize = 0 , \ quad z = 0. [/ math]

Результирующее решение для [math] \ phi [/ math] дается формулой

[математика] \ phi = -gH \ Large \ frac {T} {4 \ pi} \ normalsize \ Large \ frac {\ ch \ left \ {\ left (\ frac {2 \ pi} {L} \ normalsize \ right) \ left (h + z \ right) \ right \}} {\ ch \ left \ {\ left (\ Large \ frac {2 \ pi} {L} \ right) h \ right \}} \ normalsize \ sin \ left (\ Large \ frac {2 \ pi x} {L} \ normalsize — \ Large \ frac {2 \ pi t} {T} \ normalsize \ right) [/ math]

Подстановка этого решения для [math] \ phi [/ math] в два линеаризованных граничных условия поверхности дает профиль поверхности, указанный в уравнении (1), и скорость волны [math] c [/ math], определяемую выражением

[математика] c = (gT / 2 \ pi) \ tanh (2 \ pi h / L) = (g / \ omega) \ tanh (kh), \ qquad (2) [/ math]

, где волновое число [math] k = 2 \ pi / L [/ math], а угловая частота волны [math] \ omega = 2 \ pi / T [/ math].{2} = gk \ tanh \ left (kh \ right). \ qquad (3) [/ математика]

Уравнение (3) известно как уравнение дисперсии волн.

Численное решение уравнения волновой дисперсии

Чтобы решить эту проблему из первых принципов, сначала необходимо решить уравнение волновой дисперсии для [math] k = 2 \ pi / L [/ math] с любой глубиной [math] h [/ math]. Это можно сделать, подставив в уравнение (3) последовательные оценки [math] L [/ math], начиная с начальной оценки [math] L = L_0 [/ math], в [math] \ tan (kh) [/ math ] срок.{5}} \ normalsize, [/ math]

где [math] D = k_0 h [/ math], что с точностью до 0,1 [math] \% [/ math] для [math] 0 \ lt D \ lt \ infty [/ math].

Скорость, ускорение и траектория частиц воды

Уравнения для горизонтальной [math] u [/ math] и вертикальной [math] w [/ math] скорости частицы на средней глубине [math] -z [/ math] ниже уровня стоячей воды. может быть определено из [math] \ partial \ phi / \ partial x [/ math] и [math] \ partial \ phi / \ partial z [/ math] соответственно.Соответствующие локальные ускорения, [math] a_x [/ math] и [math] a_z [/ math], затем могут быть найдены из [math] \ partial u / \ partial t [/ math] и [math] \ partial w / \ partial t [/ math].

Рис. 5. Смещения частиц для глубоких и переходных волн.

Наконец, горизонтальное [math] \ zeta [/ math] и вертикальное [math] \ xi [/ math] смещения могут быть получены путем интегрирования соответствующих скоростей за период волны. Полученные уравнения имеют вид

[математика] \ zeta = — \ Large \ frac {H} {2} \ normalsize \ left [\ Large \ frac {\ ch \ left \ {k \ left (z + h \ right) \ right \}} {\ sinh kh} \ normalsize \ right] \ sin \ left \ {2 \ pi \ left (\ Large \ frac {x} {L} \ normalsize — \ Large \ frac {t} {T} \ normalsize \ right) \ right \}, \ qquad (4a) [/ math]

[математика] u = \ Large \ frac {\ pi H} {T} \ normalsize \ left [\ Large \ frac {\ ch \ left \ {k \ left (z + h \ right) \ right \}} {\ sinh kh} \ normalsize \ right] \ cos \ left \ {2 \ pi \ left (\ Large \ frac {x} {L} \ normalsize — \ Large \ frac {t} {T} \ normalsize \ right) \ right \}, \ qquad (4b) [/ math]

[математика] a_ {x} = \ Large \ frac {2 \ pi ^ {2} H} {T ^ {2}} \ normalsize \ left [\ Large \ frac {\ ch \ left \ {k (z + h) \ right \}} {\ sinh kh} \ normalsize \ right] \ sin \ left \ {2 \ pi \ left (\ Large \ frac {x} {L} \ normalsize — \ Large \ frac {t} {T} \ normalsize \ right) \ right \}, \ qquad (4c) [/ math]

[математика] \ xi = \ Large \ frac {H} {2} \ normalsize \ left [\ Large \ frac {\ sinh \ left \ {k \ left (z + h \ right) \ right \}} { \ sinh kh} \ normalsize \ right] \ cos \ left \ {2 \ pi \ left (\ Large \ frac {x} {L} \ normalsize — \ Large \ frac {t} {T} \ normalsize \ right) \ вправо \}, \ qquad (5a) [/ math]

[математика] w = \ Large \ frac {\ pi H} {T} \ normalsize \ left [\ Large \ frac {\ sinh \ left \ {k \ left (z + h \ right) \ right \}} {\ sinh kh} \ normalsize \ right] \ sin \ left \ {2 \ pi \ left (\ Large \ frac {x} {L} \ normalsize — \ Large \ frac {t} {T} \ normalsize \ right) \ right \}, \ qquad (5b) [/ math]

[математика] a_ {z} = \ Large \ frac {\ begin {array} {l} \ normalsize {} \ normalsize \\ {-2 \ pi ^ {2} H} \ end {array}} {T ^ {2}} \ normalsize \ left [\ Large \ frac {\ sinh \ left \ {k \ left (z + h \ right) \ right \}} {\ sinh kh} \ normalsize \ right] \ cos \ left \ {2 \ pi \ left (\ Large \ frac {x} {L} \ normalsize — \ Large \ frac {t} {T} \ normalsize \ right) \ right \}. {\ circ} [/ math] out фазы со смещениями.Эти уравнения графически проиллюстрированы на рисунке 5.

Читатели, желающие увидеть полный вывод волновых уравнений Эйри, могут в первую очередь обратиться к Соренсену ^[4] и Дину и Далримплу ^[5] за их ясность и инженерный подход.

Изменение давления, вызванное волновым движением

Уравнение изменения давления под волной получается путем подстановки выражения для потенциала скорости в нестационарное уравнение Бернулли и приравнивания энергии на поверхности к энергии на любой глубине.После линеаризации полученного уравнения в предположении, что скорости малы, получается уравнение для давления, которое определяется следующим образом:

[математика] p = — \ rho gz + \ rho g \ Large \ frac {H} {2} \ normalsize \ cos (kx- \ omega t) \ Large \ frac {\ ch \ left \ {k (h + z) \ right \}} {\ ch kh} \ normalsize = — \ rho gz + \ rho g \ eta K_ {p} (z), \ quad z = 0, [/ math]

действительно на уровне стоячей воды или ниже, где [math] K_p (z) [/ math] известен как коэффициент ослабления давления, определяемый по формуле

[математика] K_ {p} (z) = \ Large \ frac {\ ch \ left \ {k (h + z) \ right \}} {\ ch kh} \ normalsize [/ math].

Коэффициент ослабления давления равен единице на уровне стоячей воды, уменьшаясь до нуля на пределе глубокой воды (т.е. [математика] h / L \ geq 0,5 [/ математика]). На любой глубине ([math] -z [/ math]) под гребнем волны давление является максимальным и включает статическое давление [math] p_0 = — \ rho gz [/ math] плюс динамическое давление [ math] \ rho gH K_ {p} (z) / 2 [/ math]. Причина, по которой он является максимальным под гребнем волны, заключается в том, что именно в этом месте вертикальные ускорения частиц максимальны и отрицательны.Обратное верно под впадиной волн.

Датчики давления, расположенные на морском дне, поэтому могут использоваться для измерения высоты волны при условии, что они расположены в переходной зоне глубины воды. Высота волны может быть рассчитана по изменению давления путем вычисления [math] K_p (z) [/ math] и вычитания гидростатического давления (среднего значения зарегистрированного давления). Это требует решения уравнения дисперсии волн для длины волны на определенной глубине, зная период волны.Это легко сделать для простой последовательности волн постоянного периода. Однако в реальном море, состоящем из смеси высот и периодов волн, сначала необходимо определить период каждой волны (применяя методы анализа Фурье). Кроме того, учитывая, что датчик давления будет расположен на определенной глубине, он не будет обнаруживать волны, период которых достаточно мал, чтобы они могли быть глубоководными волнами на этой глубине.

Влияние глубины воды на волновые характеристики

Глубоководный

Уравнения смещения частиц (4a) и (5a) описывают круговые модели движения в (так называемой) глубокой воде.{1/2}, \ qquad (6) [/ math]

, где индекс 0 относится к глубокой воде. Таким образом, скорость и длина волны на глубокой воде определяются исключительно периодом волны.

Мелководье

Для [математических] h / L \ le 0,04, \ quad \ tanh (kh) \ приблизительно 2 \ pi h / L [/ math]. Обычно это считается верхним пределом для волн на мелководье. Следовательно, уравнение (3b) сводится к [math] c = ghT / L [/ math] и подстановка этого в уравнение (2) дает [math] c = \ sqrt {gh} [/ math]. Таким образом, скорость волны на мелководье определяется глубиной, а не периодом волны.Следовательно, волны на мелководье не обладают частотной дисперсией, в отличие от глубоководных волн.

Переходная вода

Это зона между глубокой и мелкой водой, т.е. [математика] 0,5 \ gt h / L \ gt 0,04 [/ math]. В этой зоне [math] \ tanh (kh) \ lt 1 [/ math], следовательно

[математика] c = \ Large \ frac {gT} {2 \ pi} \ normalsize \ tanh \ left (kh \ right) = c_ {0} \ tanh \ left (kh \ right) \ lt c_ {0} [/ математика].

Это имеет важные последствия, проявляющиеся в явлениях преломления и мелководья.Кроме того, уравнения смещения частиц показывают, что на морском дне вертикальные компоненты подавляются, поэтому теперь имеют место только горизонтальные смещения (см. Рисунок 5). Это имеет важные последствия для переноса наносов.

Групповая скорость и распространение энергии

Энергия, содержащаяся в волне, представляет собой сумму потенциальной, кинетической энергии и энергии поверхностного натяжения всех частиц в пределах длины волны и указывается как полная энергия на единицу площади поверхности моря.{2} / 8. [/ математика]

Это значительное количество энергии. Например, шторм (по шкале Бофорта) силой 8 в течение 24 часов вызовет волну высотой более 5 м, что даст энергию волны, превышающую 30 кДж / м2.

Можно было ожидать, что мощность волны (или скорость передачи энергии волны) будет равна энергии волны, умноженной на скорость волны. Это неверно, и вывод уравнения для мощности волны приводит к интересному результату, который имеет большое значение.{2}} {8} \ normalsize \ Large \ frac {c} {2} \ normalsize \ left (1+ \ Large \ frac {2kh} {\ sinh 2kh} \ normalsize \ right) = E c_ {g}, \ qquad (8) [/ математика]

где [math] c_g [/ math] — скорость групповой волны, определяемая по формуле

[математика] c_ {g} = \ Large \ frac {c} {2} \ normalsize \ left (1+ \ Large \ frac {2kh} {\ sinh 2kh} \ normalsize \ right). \ qquad (9) [/ математика].

На большой глубине ([math] h / L \ gt 0,5 [/ math]) скорость групповой волны [math] c_g = c / 2 [/ math], а на мелководье [math] c_g = c [/ math ]. Следовательно, в глубокой воде энергия волны передается вперед только со скоростью, равной половине скорости волны.

Радиационное напряжение (поток импульса)

Радиационное напряжение определяется как избыточный поток количества движения из-за наличия волн (в единицах силы на единицу длины). Он возникает из-за орбитального движения отдельных частиц воды в волнах. Эти движения частиц создают результирующую силу в направлении распространения ([math] S_ {XX} [/ math]) и чистую силу под прямым углом к направлению распространения ([math] S_ {YY} [/ math]) . Первоначальная теория была разработана Лонге-Хиггинсом и Стюартом ^[6].Его применение к прибрежным течениям было впоследствии разработано Лонге-Хиггинсом ^[7]. Заинтересованным читателям настоятельно рекомендуется обратиться к этим статьям, которые элегантны с научной точки зрения и представлены в удобочитаемом стиле. Дополнительные подробности также можно найти в Horikawa ^[8] и Komar ^[9]. Здесь представлена только сводка основных результатов.

Радиационные напряжения были получены из уравнений теории линейных волн путем интегрирования динамического давления по общей глубине под волной и за период волны и вычитания из этого интегрального статического давления ниже глубины стоячей воды.{0} p_0 dz, [/ math]

где [math] v [/ math] — горизонтальная составляющая орбитальной скорости в [math] y [/ math] -направлении, а [math] p_0 [/ math] гидростатическое давление. Первый интеграл — это среднее значение подынтегральной функции за период волны, где [math] u [/ math] — горизонтальная составляющая орбитальной скорости в направлении [math] x [/ math]. После значительных манипуляций можно показать, что

[математика] S_ {XX} = E \ left (\ Large \ frac {2kh} {\ sh 2kh} \ normalsize + \ Large \ frac {1} {2} \ normalsize \ right).\ qquad (10) [/ математика]

Для волн, распространяющихся в [math] X [/ math] -направлении ([math] v = 0 [/ math])

[математика] S_ {YY} = E \ left (\ Large \ frac {kh} {\ sinh 2kh} \ normalsize \ right). \ qquad (11) [/ математика]

В глубокой воде [математика] S_ {XX} = \ Large \ frac {1} {2} \ normalsize E, \ quad S_ {YY} = 0 [/ math]; на мелководье [математика] S_ {XX} = \ Large \ frac {3} {2} \ normalsize E, \ quad S_ {YY} = \ Large \ frac {1} {2} \ normalsize E. [/ math] Таким образом, и [math] S_ {XX} [/ math], и [math] S_ {YY} [/ math] увеличиваются при уменьшении глубины воды.

Процессы преобразования и затухания волн

Когда волны приближаются к береговой линии, они входят в переходную область глубин, в которой на волновые движения влияет морское дно. Эти эффекты включают уменьшение скорости волны и длины волны и, таким образом, изменение направления гребней волны (преломление) и высоты волны (обмеление), при этом энергия волны рассеивается за счет трения о дно и, наконец, разрушается.

Преломление

Рисунок 6. Волновая рефракция.

Скорость волны и длина волны связаны уравнениями (2, 3a) с периодом волны (который является единственным параметром, который остается постоянным для отдельной последовательности волн):

[математика] c / c_0 = \ tanh (kh) = L / L_0 [/ математика].

Чтобы найти скорость волны и длину волны на любой глубине h, эти два уравнения должны решаться одновременно. Решение всегда таково, что [math] c \ lt c_o [/ math] и [math] L \ lt L_0 [/ math] для [math] h \ lt h_0 [/ math] (где нижний индекс o относится к глубокой воде условия).

Рассмотрим глубоководную волну, приближающуюся к переходному пределу глубины ([math] h / L_0 = 0,5 [/ math]), как показано на рисунке 6. Волна, движущаяся от A до B (на большой глубине), проходит расстояние [ math] L_0 [/ math] за период одной волны [math] T [/ math].Однако волна, распространяющаяся от C к D, проходит меньшее расстояние L за то же время, что и в переходной области глубины. Следовательно, новый волновой фронт теперь — это BD, который повернулся относительно AC.

Если угол [math] \ alpha [/ math] представляет угол фронта волны к контуру глубины, тогда

[математика] \ sin \ alpha = L / BC [/ math] и [математика] \ sin \ alpha_0 = L_0 / BC [/ math]. Следовательно

[математика] \ Large \ frac {\ sin \ alpha} {\ sin \ alpha _ {0}} \ normalsize = \ Large \ frac {L} {L_ {0}} \ normalsize = \ Large \ frac {c } {c_ {0}} \ normalsize = \ tanh \ left (kh \ right).\ qquad (12) [/ математика]

Рис. 7. Изменение скорости и угла волны с глубиной.

Если [math] c \ lt c_0 [/ math], то [math] \ alpha \ lt \ alpha_0 [/ math], что означает, что когда волна приближается к береговой линии под косым углом, фронты волн стремятся выровняться с подводные контуры. На рисунке 7 показано изменение [math] c / c_0 [/ math] с [math] h / L_0 [/ math] и [math] \ alpha / \ alpha_0 [/ math] с [math] h / L_0 [/ math] (последний специально для случая параллельных контуров).Следует отметить, что [math] L_0 [/ math] используется вместо [math] L [/ math], поскольку первое является фиксированной величиной.

В случае непараллельных контуров необходимо проследить отдельные волновые лучи (т. Е. Ортогонали к волновым фронтам). Рисунок 7 все еще можно использовать для нахождения [math] \ alpha [/ math] на каждом контуре, если [math] \ alpha_0 [/ math] взять за угол (скажем, [math] \ alpha_1 [/ math]) на одном контуре. и [math] \ alpha [/ math] принимается как новый угол (скажем, [math] \ alpha_2 [/ math]) к следующему контуру.Волновой луч обычно используется для изменения направления на полпути между контурами. Эта процедура может выполняться вручную с использованием таблиц или рисунков ^[10] или с помощью компьютера, как описано ниже в этом разделе.

Уравнение (12) также известно как закон Снеллиуса, согласно которому [math] \ sin \ alpha / c [/ math] = константа вдоль волнового луча. Умножение на радиальную частоту [math] \ omega [/ math] показывает, что аналогичное постоянство имеет место для компоненты волнового вектора [math] \ vec k [/ math], параллельной контуру глубины (волновой вектор [math] \ vec k [/ math] следует направлению распространения волны, и его длина равна волновому числу [math] k = \ omega / c [/ math]).

Можно показать, что закон Снеллиуса также может быть выражен как

[математика] \ vec \ nabla \ times \ vec k | _ {вертикальный компонент} \ Equiv \ partial (k \ sin \ alpha) / \ partial x — \ partial (k \ cos \ alpha) / \ partial y = 0. \ qquad (13) [/ математика]

Доказательство того, что это уравнение эквивалентно (12), приведено в Dean & Dalrymple ^[5].

Уравнение сохранения энергии волн имеет вид

[математика] \ partial (E c_g \ cos \ alpha) / \ partial x + \ partial (E c_g \ sin \ alpha) / \ partial y = — \ epsilon_d, \ qquad (14) [/ math]

где [math] \ epsilon_d [/ math] представляет потери энергии (из-за трения о морское дно, см. Уравнение (14)).Koutitas ^[11] дает рабочий пример численного решения уравнений (13) и (14).

Мелководье

Рис. 8. Изменение коэффициента обмеления с глубиной.

Сначала рассмотрим волновой фронт, распространяющийся параллельно контурам морского дна (т.е. преломления не происходит). Если предположить, что волновая энергия передается в сторону берега без потерь из-за трения о дно или турбулентности, то из уравнения (8),

[математика] \ Large \ frac {P} {P_ {0}} \ normalsize = 1 = \ Large \ frac {Ec_ {g}} {E_ {0} c_ {g_ {0}}} \ normalsize.{-1/2}. \ qquad (15) [/ математика]

Вариация [math] K_S [/ math] с [math] d / L_0 [/ math] показана на рисунке 8.

Комбинированное преломление и мелководье

Рассмотрим затем волновой фронт, движущийся под углом к контурам морского дна, как показано на рисунке 9. В этом случае, когда волновые лучи изгибаются, они могут сходиться или расходиться по мере продвижения к берегу. На контуре [математика] h / L_0 = 0,5, \ quad BC = b_0 / \ cos \ alpha _0 = b / \ cos \ alpha. [/ math] Таким образом

[математика] b / b_0 = \ cos \ alpha / \ cos \ alpha _0.{1/2} [/ math] называется коэффициентом преломления.

Для случая параллельных контуров [math] K_R [/ math] можно найти с помощью рисунка 9. В более общем случае [math] K_R [/ math] можно найти из диаграммы преломления непосредственно путем измерения [math ] b [/ math] и [math] b_0 [/ math].

Когда преломленные волны входят в мелководье, они разбиваются, не доходя до береговой линии. Вышеприведенный анализ не является строго применимым к этой области, потому что волновые фронты становятся более крутыми и больше не описываются формой волны Эйри.Однако общепринято применять анализ рефракции до так называемой линии разрыва. Это оправдано тем, что присущие неточности малы по сравнению с первоначальными прогнозами для глубоководных волн и находятся в пределах приемлемых инженерных допусков. Чтобы найти линию обрыва, необходимо оценить высоту волны по мере продвижения волны к берегу и сравнить ее с расчетной высотой обрушивающейся волны на любой конкретной глубине. Как правило, волны ломаются, когда

[математика] h_ {b} = 1.28H_ {b}, \ qquad (17) [/ math]

, где нижний индекс b указывает на точку разрыва. Тема обрушения волн представляет значительный интерес как с теоретической, так и с практической точки зрения.

Влияние батиметрии на рефракцию

В целом контуры морского дна не прямые и параллельные, а изогнутые. Это приводит к некоторым значительным эффектам преломления. В заливе преломление обычно распространяет волновые лучи на большую область, что приводит к уменьшению высоты волны.И наоборот, на поворотной полосе волновые лучи будут сходиться, что приведет к увеличению высоты волны. Над прибрежными мелководьями волны могут быть сосредоточены, в результате чего образуется небольшая область, где высота волн намного больше. Если фокусировка настолько сильна, что предсказывается пересечение волновых лучей, то высота волны становится настолько большой, что вызывает обрушение волны.

Обмеление и преломление спектров направленных волн

До сих пор обсуждение мелководья и рефракции ограничивалось рассмотрением волн одного периода, высоты и направления (монохроматическая волна).Однако реальное состояние моря более реалистично представлено как состоящее из большого количества компонентов разных периодов, высот и направлений (известных как спектр направлений). Следовательно, при определении состояния прибрежного моря следует должным образом учитывать спектр направленности на берегу.

Это может быть достигнуто относительно простым способом при условии применения принципа линейной суперпозиции. Это означает, что исключены нелинейные процессы, такие как трение о морское дно и волновые теории более высокого порядка.Принцип метода состоит в том, чтобы выполнить анализ преломления и мелководья для каждой отдельной составляющей частоты и направления волны, а затем суммировать результирующие прибрежные энергии в новых прибрежных направлениях на каждой частоте и, следовательно, собрать прибрежный направленный спектр.

Рис. 10. Некоторые результаты Года для коэффициента дифракции [math] K_R [/ math] как функции относительной глубины [math] h / L_0 [/ math] для типичного состояния ветровой волны и различных преобладающих углов падения волны [math] \ alpha_0 [/ math] на большой глубине.{\ circ} [/ math]. Взято из Года ^[2]. Рис. 12. Некоторые из результатов Года для преобладающего направления волны в диапазоне относительных глубин для типичного состояния ветровой волны и различных преобладающих углов падения волны [математика] \ alpha_0 [/ математика] на большой глубине. Взято из Года ^[2].

Goda ^[2] представляет набор расчетных диаграмм для эффективного коэффициента преломления ([math] K_R [/ math]) и преобладающего направления волны ([math] \ alpha_0 [/ math]) по параллельным контурам для диапазона относительных глубин с использованием частотного спектра Бетчнайдера-Мицуясу и функции расширения Мицуясу, которые облегчают быстрое применение описанного выше метода.На рисунке 10 показаны некоторые результаты Года для [math] K_R [/ math] как функции относительной глубины для типичного состояния ветровой волны. На рисунке 11 показано сравнение результатов для [math] K_R [/ math] между монохроматической волной и результатом Года для направленного спектра типичного состояния ветровой волны. На рисунке 12 показаны некоторые результаты Года для основного направления волны в диапазоне относительных глубин для типичного состояния ветровой волны.

Трение морского дна

В предшествующем анализе преломления и мелководья предполагалось, что потери энергии отсутствуют, поскольку волны распространяются на берег.В действительности волны на переходных и мелководных глубинах будут ослабляться за счет рассеяния энергии волн за счет трения о морское дно. Такие потери энергии можно оценить, используя теорию линейных волн, аналогично соотношению трения потока в трубе и открытом канале. В отличие от профиля скорости в установившемся течении, фрикционные эффекты под воздействием волн создают колебательный волновой пограничный слой, который очень мал (несколько миллиметров или сантиметров). Как следствие, градиент скорости намного больше, чем в эквивалентном однородном токе, что, в свою очередь, означает, что коэффициент волнового трения будет во много раз больше.{2}, \ qquad (18) [/ math]

где [math] f_w [/ math] — коэффициент волнового трения, а [math] u_m [/ math] — максимальная орбитальная скорость около кровати; [math] f_w [/ math] является функцией местного числа Рейнольдса ([math] Re_w [/ math]), определенного в терминах [math] u_m [/ math] (для скорости) и либо [math] a_b [ / math], амплитуда волны на дне или размер зерна морского дна [math] k_s [/ math] (для характерной длины). Диаграмма, связывающая [math] f_w [/ math] с [math] Re_w [/ math] для различных соотношений [math] a_b / k_s [/ math], принадлежащая Йонссону, приведена в Dyer ^[12].{2}} {3 \ pi \ sinh (kh) (\ sinh (2kh) + 2kh)} \ normalsize. \ qquad (20) [/ математика]

Затухание высоты волны из-за трения о морское дно, конечно, зависит от расстояния, пройденного волной, а также от глубины, длины волны и высоты волны. Таким образом, общая потеря высоты волны ([math] \ Delta H_f [/ math]) из-за трения может быть найдена путем интегрирования по траектории волнового луча.

BS6349 ^[15] представляет диаграмму, из которой может быть получен коэффициент уменьшения высоты волны.За исключением больших волн на мелководье, трение о морское дно имеет относительно небольшое значение. Следовательно, при проектировании морских сооружений на глубине 10 м и более трение о морское дно часто игнорируется. Однако при определении волнового климата вдоль берега трение о морское дно теперь обычно включается в численные модели, хотя соответствующее значение коэффициента волнового трения остается неопределенным и может изменяться в зависимости от формы дна, вызванного волнами. Кроме того, потери энергии волн из-за других физических процессов, таких как разрыв, могут быть более значительными.

Взаимодействие волны с током

До сих пор рассмотрение волновых свойств ограничивалось случаем генерируемых волн, движущихся по неподвижной воде. В целом, однако, океанские волны обычно передаются посредством течений, вызванных приливами и другими способами. Эти токи также, как правило, изменяются как в пространстве, так и во времени. Следовательно, здесь необходимо рассмотреть два различных случая. Первый — это волны, движущиеся по течению, а второй, когда волны, генерируемые в спокойной воде, встречаются с течением (или распространяются по изменяющемуся полю течения).

Для волн, бегущих по течению, необходимо учитывать две системы отсчета. Первая — это движущаяся или относительная система отсчета, движущаяся с текущей скоростью. В этой системе координат все полученные до сих пор волновые уравнения все еще применимы. Вторая система отсчета — это стационарная или абсолютная система отсчета. Концепция, которая дает ключ к пониманию этой ситуации, заключается в том, что длина волны одинакова в обеих системах отсчета. Это связано с тем, что длина волны в относительной системе отсчета определяется дисперсионным уравнением, и эта волна просто перемещается с другой скоростью в абсолютной системе отсчета.Как следствие, абсолютный и относительный периоды волн различаются.

Рассмотрим случай, когда течение с величиной ([math] u [/ math]) следует за волной со скоростью волны ([math] c [/ math]), скоростью волны относительно морского дна ([math] c_a [/ math]) превращается в [math] c + u [/ math]. Поскольку длина волны одинакова в обеих системах отсчета, абсолютный период волны будет меньше относительного периода волны. Следовательно, если волны на токе измеряются в фиксированном месте (например, в абсолютном кадре), то измеряется абсолютный период ([math] T_a [/ math]).{1/2} + u. \ qquad (21) [/ математика]

Таким образом, это уравнение дает неявное решение для длины волны в присутствии тока, когда был измерен абсолютный период волны.

Рис. 13. Преломление волны на глубоководной воде течением.

И наоборот, когда волны, распространяющиеся в спокойной воде, сталкиваются с течением, происходят изменения в высоте и длине волны. Это связано с тем, что при перемещении волн из одной области в другую необходимо, чтобы абсолютный период волны оставался постоянным для сохранения волн.Рассмотрим случай встречного течения, скорость волны относительно морского дна уменьшается, и, следовательно, длина волны также будет уменьшаться. Таким образом, высота и крутизна волны увеличатся. В пределе волны будут разбиваться, когда достигнут предельной крутизны. Кроме того, поскольку волновая энергия передается со скоростью групповой волны, волны не могут проникать через ток, величина которого равна или превышает скорость групповой волны, и, таким образом, в этих условиях будет происходить разрушение волны и дифракция. Такие условия могут возникать во входных каналах в устья рек, когда идут сильные отливы, создающие область высоких, крутых и прибывающих волн.

Другой пример взаимодействия волны с током — это рефракция тока. Это происходит, когда волна наклонно пересекает область неподвижной воды в область, в которой выходит ток, или в меняющемся поле тока. Самый простой случай проиллюстрирован на рисунке 13, показывающий преломление глубоководной волны течением.

Аналогично рефракции, вызванной изменениями глубины, Йонссон показал, что в случае текущей рефракции

[математика] \ sin \ alpha _ {c} = \ Large \ frac {\ sin \ alpha} {\ left (1- \ frac {u} {c} \ sin \ alpha \ right) ^ {2}} \нормальный размер .\ qquad (22) [/ математика]

Высота волны также изменяется и будет уменьшаться, если ортогонали волн расходятся (как показано), или увеличиваться, если ортогонали волн сходятся. Для получения дополнительной информации о взаимодействиях волна-ток, читатель может сначала обратиться к Hedges ^[16].

Отражение волны

Волны, обычно падающие на твердые вертикальные границы (например, стенки гавани и морские стенки), отражаются таким образом, что отраженная волна имеет ту же фазу, но противоположное направление и по существу такую же амплитуду, что и падающая волна.Это соответствует необходимому граничному условию, что горизонтальная скорость всегда равна нулю. Результирующая волновая картина называется стоячей волной, как показано на рисунке 14. Отражение также может происходить, когда волны входят в гавань или устье реки. Это может привести к «резонансу», когда волны усиливаются.

Уравнение стоячей волны (индекс s) можно найти, сложив две формы падающей (индекс i) и отраженной (индекс r) волн. Таким образом,

[математика] \ eta _ {s} = \ eta _ {i} + \ eta _ {r}, \ qquad \ eta _ {i} = \ Large \ frac {H_ {i}} {2} \ normalsize \ cos \ left \ {2 \ pi \ left (\ Large \ frac {x} {L} \ normalsize — \ Large \ frac {t} {T} \ normalsize \ right) \ right \}, \ qquad \ eta _ {r} = \ Large \ frac {H_ {r}} {2} \ normalsize \ cos \ left \ {2 \ pi \ left (\ Large \ frac {x} {L} \ normalsize + \ Large \ frac {t } {T} \ normalsize \ right) \ right \}, \ qquad (23) [/ math]

Принимая [math] H_r = H_i = H_s / 2 [/ math], тогда

[математика] \ eta_s = H_s \ cos (2 \ pi x / L) \ cos (2 \ pi t / T).\ qquad (24) [/ математика]

В узловых точках нет вертикального движения во времени. Напротив, в пучностях попеременно появляются гребни и впадины. В случае больших волн на мелководье и если отраженная волна имеет такую же амплитуду, что и падающая волна, продвигающийся и удаляющийся гребни эффектно сталкиваются, образуя шлейф, известный как clapotis (см. Рисунок 15). Это обычно наблюдается у морских стен. Стоячие волны могут нанести значительный ущерб морским сооружениям и вызвать значительную эрозию.

Рис. 14. Стоячие волны, идеализированные.

Рисунок 15. Стоячие волны, наблюдаемые clapotis.

Clapotis Gaufre

Рис. 16. Вид сверху на отражение косой волны.

Когда падающая волна находится под углом [math] \ alpha [/ math] к нормали от вертикальной границы, тогда отраженная волна будет в направлении [math] \ alpha [/ math] на противоположной стороне обычный. Это показано на рисунках 16 и 17.Результирующее волновое движение (clapotis gaufre) является сложным, но по существу состоит из ромбовидной структуры островных гребней, которые движутся параллельно границе. Иногда это называют системой с коротким гребнем. Гребни образуются на пересечении фронтов падающей и отраженной волн. Результирующие смещения частиц также сложны, но включают в себя создание модели движущихся вихрей. Подробное описание этих движений можно найти в Silvester ^[10]. Последствия этого с точки зрения переноса наносов могут быть серьезными.Может иметь место очень значительная эрозия и прибрежный перенос. Учитывая, что атака косой волной на морские стены является скорее нормой, чем исключением, существование clapotis gaufre оказывает глубокое влияние на долгосрочную стабильность и эффективность береговых оборонительных сооружений. Похоже, что это не было полностью понято в традиционных конструкциях морских стен, в результате чего произошло обрушение морских стен и размывание береговых линий.

Стержень Мах

Рисунок 17.Удар волны и отражение во время шторма.

Когда периодические или одиночные волны приближаются к крутому препятствию под косым углом, амплитуда волны на препятствии может быть увеличена из-за явления, известного как стержень Маха. Вершина, непосредственно примыкающая к стене, меняет свое выравнивание, создавая волну, бегущую по поверхности стены с увеличенной высотой гребня, и это волна Маха, изображенная на Рисунке 17. Это явление отражения было впервые обнаружено в аэродинамике, но в равной степени имеет место. применимо к водным волнам, для которых это может начаться, когда угол наклона к стене станет меньше примерно 45 градусов.Высота гребня дает скорость, эквивалентную составляющей скорости падающей волны в направлении выравнивания стены. Поскольку волны не ударяются о стену из-за растущей зоны скользящего потока, отражение значительно уменьшается до тех пор, пока при углах наклона менее 20 градусов отражение перестает существовать.

Miles ^[17] теоретически продемонстрировал, что волна Маха ствола может быть усилена в четыре раза больше приходящих волн, что в два раза больше, чем при линейной суперпозиции падающей и отраженной волны.Однако Melville ^[18] не смог воспроизвести такие большие коэффициенты усиления в лаборатории. Совсем недавно Юн и Лю ^[19] использовали параболические приближения для изучения стволовых волн, индуцированных косой кноидальной волной перед вертикальным барьером, а Honda и Mase ^[20] применили нелинейную волну в частотной области. 2 [/ math].{2} \ cot \ beta} \ normalsize, \ qquad (25) [/ math]

где [math] d_t [/ math] (m) — глубина воды на носке конструкции, [math] L_0 [/ math] — длина волны глубокой воды на пиковой частоте, [math] H_i [/ math] — значительный инцидент. высота волны, [math] D [/ math] — это характерный диаметр каменной брони, а [math] \ tan \ beta [/ math] — это градиент конструкции. [math] R [/ math] оказался лучшим параметром, чем [math] \ xi [/ math] при прогнозировании отражения волн. Коэффициент отражения тогда определяется выражением

[математика] K_r = 0.{0.5}} \ normalsize. \ qquad (27) [/ math]

Отражение волны за счет преломления

Отражение волн только из-за преломления может также происходить из-за очень быстрых изменений морского дна. В частности, когда волны приближаются к глубокому углубленному каналу с направлением или распространением под достаточно острым углом к углубленному боковому откосу, и имеется достаточно большое изменение глубины воды, что, в свою очередь, приводит к большому и быстрому изменению скорости волны. , волна может отражаться от края канала.Аналогичным примером этого явления является внутреннее отражение световых лучей в стеклянной призме из-за изменений скорости волны между стеклом (мелкая вода) и воздухом (глубокая вода), причем существенное различие состоит в том, что скорость волны зависит от глубина воды, она не постоянна на подходе волны или на боковом склоне канала. Это вполне реальное явление, и, если его не распознать, оно может привести к непреднамеренному отражению энергии волны в зону порта. Обратное также применимо, поскольку этот процесс также может быть использован для отражения энергии волн от входа в гавань.Также следует понимать, что волны с более длинным периодом также будут более восприимчивы к этому явлению из-за их относительно большей скорости на более глубокой воде. Когда дело доходит до волнового моделирования, описанного в разделе 3.9, следует, что любая числовая сетка, используемая в волновой модели, должна быть достаточно тонкой, чтобы фиксировать детали углубленного канала, чтобы должным образом воспроизвести этот эффект.

Дифракция волн

Рис. 18. Идеализированная дифракция волн вокруг непроницаемого волнолома.

Это процесс, при котором волны огибают препятствия излучением волновой энергии.На рис. 18 показан цуг наклонных волн, падающих на оконечность волнолома. Есть три различных региона:

область тени, в которой происходит дифракция;
— короткая гребешковая область, в которой падающая и отраженная волны образуют clapotis gaufre;
— невозмущенная область падающих волн.

В области (1) волны дифрагируют с волновыми фронтами, образующими дуги окружности с центром в точке волнолома. Когда волны дифрагируют, высота волн уменьшается по мере того, как энергия падающей волны распространяется по области.Реальная ситуация, однако, сложнее, чем та, которая представлена на рисунке 18. Отраженные волны в области (2) будут дифрагировать в область (3) и, следовательно, распространить систему с коротким гребнем в область (3).

Математическая формулировка дифракции волн

Математические решения для дифракции волн были разработаны для случая постоянной глубины воды с использованием теории линейных волн. 2 F (х, у) = 0 [/ математика].

Решения уравнения Гельмгольца

Решение уравнения Гельмгольца было впервые найдено Зоммерфельдом в 1896 году, который применил его к дифракции света (подробности можно найти в Dean & Dalrymple (1991)). Несколько позже Пенни и Прайс (1952) показали, что то же самое решение применимо к волнам на воде и представили решения для падающих волн с разных направлений, проходящих через полубесконечный барьер, и для нормально падающих волн, проходящих через промежуток между барьерами [математика] b [/ математика ].Для случая нормального падения на полубесконечный барьер можно отметить, что для монохроматической волны коэффициент дифракции [math] K_d [/ math] (отношение высоты падающей и дифрагированной волны) составляет примерно 0,5 на краю. области тени и что [math] K_d [/ math] превышает 1.0 в «невозмущенной» области из-за дифракции отраженных волн, вызванной (идеально) отражающим барьером. Их решение для случая барьерной щели, по сути, представляет собой суперпозицию результатов для двух зеркальных полубесконечных барьеров.

Их диаграммы применимы для диапазона ширины зазора к длине волны ([math] b / L [/ math]) от 1 до 5. Когда [math] b / L [/ math] превышает 5, дифракционные картины от каждого барьера изменяются. не перекрываются, и, следовательно, применимо решение с полубесконечным барьером. Если [math] b / L [/ math] меньше единицы, зазор действует как точечный источник, и энергия волны излучается, как если бы она исходила из одной точки в центре зазора. Здесь важно отметить, что эти диаграммы не следует использовать для конструкции .Это связано с важностью учета спектров направленных волн.

Рис. 19. Дифракция (отношение высоты дифрагированной волны к высоте падающей волны) случайного состояния моря с нормально падающим направлением для полубесконечного барьера. Взято из Года ^[2]. Рис. 20. Дифракция (отношение высоты дифрагированной волны к высоте падающей волны) случайного состояния моря, падающего в нормальном направлении, для ширины зазора волнолома [математика] b = L [/ математика]. Взято из Года ^[2].

Года (2000) впервые применил спектры направленности волн для определения дифракции волн. Подобно методике, описанной в разделе о преломлении и обмелении направленных спектров, он рассчитал эффективный коэффициент дифракции на основе суперпозиции дифракции всех направлений и частот составляющих волн, присутствующих в типичном состоянии ветровой волны, и, следовательно, построил новый набор дифракционных диаграмм.

Эти диаграммы показывают, что дифракция направленного случайного состояния моря весьма заметно отличается от случая монохроматического моря.На краю зоны тени для полубесконечного барьера [math] K_d [/ math] составляет приблизительно 0,7 (ср. [Math] K_d [/ math] = 0,5 для монохроматической волны), а волны большей высоты проникают через зона тени в эквивалентных точках. Это проиллюстрировано на рисунке 19. Для случая зазора барьера (ширина [math] b [/ math]) изменения высоты волны сглаживаются по сравнению с монохроматическим случаем, с меньшей высотой в области прямого проникновения и большей высотой. в теневых областях, как показано на рисунке 20.

Комбинированное преломление и дифракция

Преломление и дифракция часто возникают вместе. Например, использование модели волновых лучей над нерегулярной батиметрией может привести к образованию каустики (т.е. области пересечения волновых лучей). Здесь будет происходить дифракция, распространяющая энергию волны от областей с большой высотой волны. Другой пример — вокруг морских волноломов; здесь дифракция часто преобладает вблизи структуры, а преломление становится более важным при удалении от структуры.Требуется решение уравнения Лапласа над нерегулярной батиметрией, которое допускает как дифракцию, так и преломление. Такое решение было впервые получено в 1972 году Беркхоффом ^[23]. Это обычно известно как уравнение мягкого уклона, потому что решение ограничено медленной батиметрией, которая медленно изменяется в зависимости от длины волны. Это можно записать как

[математика] \ Large \ frac {\ partial} {\ partial x} \ normalsize \ left (cC_ {g} \ Large \ frac {\ partial \ phi} {\ partial x} \ normalsize \ right) + \ Large \ frac {\ partial} {\ partial y} \ normalsize \ left (cC_ {g} \ Large \ frac {\ partial \ phi} {\ partial y} \ normalsize \ right) + \ omega ^ {2} \ Large \ гидроразрыв {C_ {g}} {c} \ normalsize \ phi = 0 , \ qquad (28) [/ math]

где [math] \ phi (x, y) [/ math] — комплексная волновая потенциальная функция.Решение этого уравнения очень сложное и выходит за рамки этого текста. Тем не менее, заинтересованный читатель может обратиться к Dingemans ^[24] для обзора предмета. Одним из последних достижений в решении уравнения умеренного наклона является разработка Li ^[25]. Эта версия уравнения мягкого наклона позволяет одновременно решать вопросы преломления, дифракции и отражения.

Рисунок 21. Фотография реальной дифракции волн на схеме волнолома Элмер, Сассекс, Англия.Рис. 22. Исследование физической модели (21) в британском центре прибрежных исследований в HR Wallingford. Рис. 23. Аэрофотоснимок дифракции волн на схеме Хапписбург-Винтертон, Норфолк, Англия (любезно предоставлен Майком Пейджем).

Он также был предметом полевого исследования. Первоначальные результаты можно найти в Ilic and Chadwick ^[26]. Они испытали эту модель на месте схемы морского волнолома Элмер (показано на рисунке 21), где преломление и отражение являются основными процессами в сторону моря от волноломов с дифракцией и преломлением, происходящими на берегу волноломов, и в физической модели (показанной на Рисунок 22).На рисунке 23 показана дифракция волн на схеме Хапписбург-Винтертон, Норфолк, Англия.

Волны конечной амплитуды

Уже отмечалось, что волновые уравнения Эйри строго применимы только к волнам относительно небольшой высоты по сравнению с их длиной волны и глубиной воды. Для крутых волн и волн на мелководье профиль становится асимметричным с высокими гребнями и пологими впадинами. Для таких волн скорость и длина волны зависят от высоты волны и лучше описываются другими волновыми теориями.{3} [/ math]), впервые представленный в 1953 году.

Первая теория волн конечной амплитуды была разработана Стоксом в 1847 году. Она применима к крутым волнам на больших и переходных глубинах. Вслед за Стоксом Кортевег и де Фриз в 1895 году разработали теорию волн конечной амплитуды на мелководье. Они назвали эту теорию Кноидальной, аналогичной синусиодальной теории волн Эйри. Обе эти теории ослабляют предположения, сделанные в теории Эйри, которая, как описано ранее, линеаризует кинематические и динамические граничные условия на поверхности.В волновой теории Стокса [math] H / L [/ math] предполагается малым, а [math] h / L [/ math] может принимать широкий диапазон значений. Кинематическое граничное условие свободной поверхности затем выражается в виде степенного ряда в терминах [math] H / L [/ math], и ищутся решения до n-го порядка этого степенного ряда включительно. Стокс получил решение второго порядка. В теории Кноида [math] H / h [/ math] предполагается малым, а [math] U_r [/ math] порядка единицы. Кортевег и де Фрис получили решение первого порядка.Гораздо позже (с 1960-х по 1980-е годы) эти две теории были расширены до более высоких порядков (третьего и пятого). Математика сложна, и впоследствии другие исследователи разработали новые методы, с помощью которых можно было получить решения любого произвольного порядка путем численного решения.

Решение Стокса для профиля поверхности определяется как:

[математика] \ eta = \ Large \ frac {H} {2} \ normalsize \ cos \ left \ {2 \ pi \ left (\ Large \ frac {x} {L} \ normalsize — \ Large \ frac { t} {T} \ normalsize \ right) \ right \} + \ Large \ frac {\ pi H} {8} \ normalsize \ left (\ Large \ frac {H} {L} \ normalsize \ right) \ Large \ frac {\ ch (kh) (2+ \ ch (2kh))} {\ sinh ^ {3} kh} \ normalsize \ cos \ left \ {4 \ pi \ left (\ Large \ frac {x} {L} \ normalsize — \ Large \ frac {t} {T} \ normalsize \ right) \ right \}.\ qquad (29) [/ математика]

Это уравнение отличается от линейного решения добавлением члена второго порядка. Его частота вдвое больше, чем у члена первого порядка, что, следовательно, увеличивает высоту гребня, уменьшает глубину впадины и, таким образом, увеличивает крутизну волны. Во втором порядке скорость волны остается такой же, как в линейной теории. Однако до третьего порядка скорость волны увеличивается с увеличением крутизны волны и примерно на 20 [математических] \% [/ математических] значений выше, чем дает линейная теория для глубоководных участков при предельной крутизне (1/7).

Рисунок 24. Примерные области применимости аналитических волновых теорий.

Полное математическое описание всех этих теорий выходит за рамки этой книги, и читателю отсылаем к Dean and Dalrymple ^[5] и Sorensen ^[4] для получения дополнительных сведений. Однако здесь полезно предоставить некоторую информацию об обстоятельствах, при которых могут применяться эти теории волн конечной амплитуды. Рисунок 24, взятый из Hedges ^[27], дает полезные рекомендации.Можно отметить, что диапазон применимости линейной теории обнадеживающе широк, охватывая все переходные глубины воды для большинства крутых волн, встречающихся на практике. Для целей инженерного проектирования основным следствием использования линейной теории за пределами области ее применимости является то, что скорость волны и длина волны не являются строго правильными, что приводит к (некоторым) неточностям в анализе рефракции и мелководья. Кроме того, наличие асимметричных форм волн приведет к возникновению гармоник в Фурье-анализе записанных волновых следов, которые могут быть неправильно интерпретированы как свободные волны более высокой частоты.

Волновые силы

Волновые силы, воздействующие на прибрежные сооружения, сильно различаются и зависят как от волновых условий, так и от типа рассматриваемого сооружения. Необходимо рассмотреть три случая волновых условий, включая непрерывные, обрушивающиеся и сломанные волны. Береговые сооружения также могут рассматриваться как принадлежащие к одному из трех типов: вертикальные стены (например, морские стены, кессонные волноломы), сооружения из каменных насыпей (например, каменные волноломы, бетонные бронированные волноломы) и отдельные сваи (например.грамм. для строительства причала). Здесь рассмотрение ограничивается изложением некоторых концепций и упоминанием некоторых разработанных проектных уравнений. Более подробные сведения о конструкции и устойчивости прибрежных сооружений под воздействием волн и течений можно найти в Руководстве по горным породам ^[21] и Руководстве по прибрежным инженерным сооружениям ^[28]

Вертикальные стены

Силы, действующие на вертикальную стену под действием волн, можно рассматривать как состоящие из трех частей: сил статического давления, сил динамического давления и импульсных сил.Если конструкция размещена так, что падающие волны не прерываются, то стоячая волна будет существовать в сторону моря от стены, и будут существовать только статические и динамические силы. Их легко определить из теории линейных волн. Поскольку стоячая волна состоит из двух наложенных друг на друга прогрессивных волн, распространяющихся в противоположных направлениях, результирующее уравнение для давления под стоячей волной имеет ту же форму, что и для прогрессирующей волны. В уравнении следует использовать высоту стоячей волны, а не высоту падающей волны.Однако чаще конструкция должна будет противостоять силам, создаваемым разрушающимися или ломанными волнами. Наиболее широко используемые формулы для оценки квазистатических пульсирующих сил для сломанных или непрерывных волн принадлежат Году ^[29] ^[2].

Кроме того, очень высокие локализованные импульсные силы также могут возникать из-за обрушивающихся волн. Эти карманы с воздухом, которые быстро сжимаются, что приводит к сильно изменяющимся импульсным силам (в 10-50 раз превышающим пульсирующие силы).Изучение этого явления является постоянной областью исследований, и в настоящее время нет общепринятых формул для предсказания таких сил (недавние результаты см. В Cuomo et al. ^[30]). Силы ударного давления имеют очень короткую продолжительность (порядка десятых долей секунды) и, следовательно, обычно влияют на динамический отклик конструкции, а не на ее статическое равновесие.

Курган

В случае конструкций из каменных насыпей, волны обычно разбиваются о конструкцию, и их энергия частично рассеивается за счет турбулентности и трения, а оставшаяся энергия отражается и, возможно, передается.Многие волнорезы построены из больших каменных блоков («броневых единиц»), размещенных случайным образом над подходящими фильтрующими слоями. В последнее время на смену камню пришли многочисленные формы массивных бетонных блоков (например, долос, четвероногие и глыбы). Необходимый размер единиц брони зависит от нескольких взаимосвязанных факторов (высота волны, тип и плотность боевой единицы, наклон конструкции и проницаемость). Традиционно использовалась формула Гудзона. Это было получено из анализа всесторонней серии испытаний физической модели волноломов с относительно проницаемыми кернами и с использованием регулярных волн.Совсем недавно (1985–1993 гг.) Эти формулы были заменены формулами, разработанными на основе обширной серии испытаний физических моделей. В этих испытаниях использовались случайные волны, а также учитывалось влияние периода волн и количества штормовых волн. Разработаны новый критерий повреждения и условный коэффициент проницаемости керна. Уравнения предназначены для использования в тех случаях, когда конструкция находится на глубокой воде, когда волны либо разбиваются о конструкцию, либо вызывают нагон. Для получения дополнительной информации см. «Устойчивость волноломов из каменных насыпей и береговых укреплений», а также Руководство по камням ^[21].

Вертикальные сваи

Наконец, для случая непрерывных волновых сил, действующих на сваи, уравнение Моррисона ^[31] является вариантом, который используется для расчета. Это уравнение предполагает, что действуют две силы. Это сила сопротивления ([math] F_D [/ math]), вызванная отрывом потока вокруг сваи, и сила инерции ([math] F_I [/ math]) из-за ускорения потока. В случае вертикальной сваи необходимо учитывать только горизонтальные скорости ([math] u [/ math]) и ускорения ([math] a_x [/ math]) (см. Уравнения 4b, 4c).2/4) a_x [/ math], где [math] C_M [/ math] — коэффициент инерции.

Общее «встроенное» изображение определяется как [математика] F = F_D + F_I. \ qquad (30) [/ математика]

Уравнение Моррисона получено из комбинации теоретических соображений и эмпирических данных, а не из первых принципов. Уравнение не включает подъемную силу и силу удара и наиболее целесообразно применять к тонким круглым сваям или трубам, подверженным непрерывным волнам. С учетом линейных волн скорость [math] u [/ math] и соответствующая составляющая ускорения задаются уравнениями 4b и 4c соответственно.{\ circ} [/ math] не в фазе. Полная сила, действующая на вертикальную сваю, должна быть найдена как их сумма, интегрированная по длине сваи. Типичные значения [math] C_D [/ math] и [math] C_M [/ math] для цилиндров равны 1 и 2 соответственно. Число A / D имеет особое значение и известно как число Келегана-Карпентера. Точные значения [math] C_D [/ math] и [math] C_M [/ math] трудно установить на основе полевых измерений, но рекомендуемые значения были опубликованы (см. Руководство по прибрежному проектированию ^[28] и BS6349 ^{[15] ]}).5 [/ математика] [math] 0,6–0,7 [/ math]

Если используются эти таблицы, то число Рейнольдса должно быть рассчитано с использованием максимальной скорости, связанной с волной.

Процессы зоны прибоя

Общее описание зоны серфинга

Рисунок 25. Зона прибоя, концептуальная.

Для простоты рассмотрим случай побережья с морским дном и пляжем, состоящим из песка. Наклон пласта обычно будет довольно пологим (скажем, 0,01 [math] \ lt \ beta \ lt [/ math] 0.03). Следовательно, волны будут иметь тенденцию разбиваться на некотором расстоянии от берега или береговой линии (т. Е. Контурной линии пляжа, которая соответствует уровню спокойной воды, см. Рисунок 25). В этой начальной точке излома волна будет иметь высоту [math] H_b [/ math] и угол [math] \ alpha_b [/ math] к линии пляжа. Область между этой начальной точкой и пляжем известна как зона прибоя. В этом регионе высота отдельной волны во многом определяется глубиной воды. Высота волны будет постепенно уменьшаться по мере приближения к пляжу, и характерная пена или образование прибоя будут видны на фронте волны (см. Рис. 26 для реального примера).

Рисунок 26. Настоящая зона для серфинга в бухте Хоуп, Девон, Англия.

Механика этого прогрессирующего разрушения очень сложна. Краткое изложение выглядит следующим образом:

Производятся турбулентность и аэрация.
Значительные скорости изменения индуцируются в импульсе элементов жидкости, которые составляют волну. Это создает импульсную силу, которую можно разделить на две составляющие (рис. 25). Компонент, расположенный параллельно береговой линии, является причиной соответствующего «прибрежного течения».Компонент, который перпендикулярен береговой линии, вызывает увеличение глубины воды над уровнем спокойной воды, и это обычно называется «установкой».
Энергия теряется из-за трения в слое и из-за создания турбулентности. Потери на трение возникают как из-за колебательного движения на морском дне, вызванного волной, так и из-за однонаправленного движения прибрежного течения. Эти два движения не являются полностью независимыми, и их взаимодействие оказывает значительное влияние на трение в постели.

Разрушение волн

Есть два критерия, которые определяют, когда волна сломается. Первый — это ограничение крутизны волны, а второй — ограничение отношения высоты волны к глубине воды. Теоретические пределы были выведены из теории уединенной волны, которая представляет собой одиночную волну с гребнем и без впадины. Такую волну впервые наблюдал Рассел в 1840 году, когда она создавалась баржей на канале Форт и Клайд. Эти два критерия определяются:

Крутизна [математика] H / L \ lt 1/7 [/ математика].Обычно это ограничивает высоту глубоководных волн.
Отношение высоты к глубине: индекс разрушения [математика] \ gamma = H / h = 0,78 [/ math].

На практике [math] \ gamma [/ math] может варьироваться от 0,4 до 1,2 в зависимости от уклона пляжа и типа отбойника.

Goda ^[2] предоставляет расчетную диаграмму для предельной высоты прерывателя регулярных волн, которая основана на компиляции ряда лабораторных результатов. Он также представляет уравнение, которое является приближением к расчетной диаграмме и выражается следующим образом:

[математика] \ Large \ frac {H_ {b}} {L_ {o}} \ normalsize = 0.{4/3} \ beta \ right) \ right] \ right \}. \ qquad (32) [/ математика]

где [math] \ tan \ beta [/ math] — это наклон пляжа, [math] H_b [/ math] высота волны при обрушении и [math] L_0 [/ math] длина волны на глубине. Для случая случайного Goda ^[2] также представляет набор уравнений для прогнозирования высоты волны в зоне прибоя на основе совокупности полевых, лабораторных и теоретических результатов.

Типы выключателей

Рисунок 27. Основные типы обрушивающихся волн.

Разрывные волны можно классифицировать по одному из трех типов, как показано на Рисунке 27.Тип можно приблизительно определить по значению параметра схожести серфинга (или числа Ирибаррена) [math] \ xi _ {b} = \ tan \ beta / \ sqrt {H_ {b} / L_ {b}}, [/ math], где [math] L_b [/ math] — длина волны при разрыве.

Выталкиватели (рис. 28) возникают, когда [математика] \ xi _ {b} \ lt [/math visible0.4, врезные выключатели (рис. 29), когда 0,4 [математика] \ le \ xi _ {b} \ le [/ math] 2.0 и перенапряжения, когда [math] \ xi _ {b} \ gt [/math visible2.0.

Battjes ^[32] найдено на основе реальных данных, что для 0.{0,17} +0,08. \ qquad (33) [/ математика]

Дополнительную информацию можно найти в Horikawa ^[8] и Fredsoe and Deigaard ^[33]; см. также указатель выключателя.

Рисунок 28. Пример предохранителя от разлива. Рисунок 29. Пример плунжерного выключателя.

Установка и настройка волны

В случае падения волны перпендикулярно берегу береговой импульсный поток (т.е. радиационное напряжение) [математика] S_ {XX} [/ математика], определенный в разделе «Теория радиационного напряжения», должен уравновешиваться равной и противоположной силой для достижения равновесия. .Это проявляется в виде наклона среднего уровня стоячей воды (определяемого как [math] d \ eta / dx [/ math]).

Рисунок 30. Диаграмма для построения волны / сетапа.

Рассмотрим контрольный объем, показанный на рисунке 30, в котором существует установка [math] \ overline {\ eta} [/ math] на уровне стоячей воды, вызванная воздействием волн. Действующие силы — это силы давления [math] F_p [/ math], сила реакции на дне [math] R_x [/ math] и радиационные напряжения (все силы — это усредненные по периоду волны).{2} = \ rho g (h + \ overline {\ eta}) \ left (\ Large \ frac {dh} {dx} \ normalsize + \ Large \ frac {d \ overline {\ eta}} {dx} \ normalsize \ right) \ qquad (35) [/ math]

и как [math] R_x [/ math] для пологого дна происходит из-за давления на дно,

[математика] R_ {x} = \ overline {p} \ delta h = \ overline {p} \ Large \ frac {dh} {dx} \ normalsize \ delta x = \ rho g (h + \ overline {\ eta }) \ Large \ frac {dh} {dx} \ normalsize \ delta x. \ qquad (36) [/ математика]

После подстановки уравнений (35, 36) в уравнение (34) окончательный результат будет

[математика] \ Large \ frac {dS_ {XX}} {dx} \ normalsize + \ rho g (h + \ overline {\ eta}) \ Large \ frac {d \ overline {\ eta}} {dx} \ normalsize = 0, \ qquad (37) [/ math]

где [math] \ overline {\ eta} [/ math] — это разница между уровнем стоячей воды и средним уровнем воды при наличии волн.{2}} {\ sinh (2kh)} \ normalsize. \ qquad (38) [/ математика]

Это называется набором ([math] \ overline {\ eta _ {d}} [/ math]) и демонстрирует, что средний уровень воды уменьшается на мелководье. Внутри зоны прерывателя поток импульса быстро уменьшается с уменьшением высоты волны. Это вызывает установку на ([math] \ overline {\ eta _ {u}} [/ math]) среднего уровня спокойной воды. В предположении, что внутри зоны прибоя высота изломанной волны определяется глубиной, такой что

[математика] H = \ gamma (\ overline {\ eta} + h), \ qquad (39) [/ math]

где [математика] \ гамма \ приблизительно [/ математика] 0.2} {8} \ normalsize (h_ {b} -h) + \ overline {\ eta _ {d_ {b}}}, \ qquad (41) [/ математика]

демонстрирует, что внутри зоны прибоя наблюдается быстрое повышение среднего уровня воды. Таким образом, можно понять, что установка довольно мала, а установка намного больше. В общем, установка волны составляет менее 5 [математических] \% [/ math] от глубины обрушения, а установка волны составляет около 20-30 [математических] \% [/ math] глубины обрушения. Также можно отметить, что в реальном море, состоящем из волн различной высоты и периодов, волновая структура будет меняться вдоль береговой линии в любой момент.Это может вызвать явление, называемое волнами прибоя (см. Инфрагравитационные волны). Волны также способствуют выходу за пределы морских защитных сооружений во время шторма и, таким образом, могут быть фактором, способствующим затоплению побережья.

Компоненты радиационного напряжения для наклонных волн

Рисунок 31. Взаимосвязь между главными осями и осями береговой линии. [Math] X [/ math] -ось следует за направлением распространения волны; ось [math] y [/ math] параллельна линии разрыва.

Радиационные напряжения [math] S_ {XX} [/ math], [math] S_ {YY} [/ math], по сути, являются основными напряжениями. Используя теорию главных напряжений, напряжения сдвига также будут действовать в любой плоскости под углом к главным осям. Это показано на рисунке 31 для случая падения косой волны на береговую линию. Угол падения волны [math] \ alpha [/ math] обычно принимается равным углу падения волны на линии разлома, который определяется как контур глубины, на котором волны начинают разбиваться в соответствии с критерием разлома [math] H = \ gamma ч [/ математика].{2} \ alpha + G \ right], [/ math]

[математика] S_ {xy} = S_ {XX} \ sin \ alpha \ cos \ alpha -S_ {YY} \ sin \ alpha \ cos \ alpha = \ Large \ frac {1} {2} \ normalsize E \ left [\ left (1 + G \ right) \ sin \ alpha \ cos \ alpha \ right], \ qquad (42) [/ math]

где [математика] G = 2х / \ sinh (2х). [/ math] Выражения с правыми членами следуют из уравнений (10, 11).

Береговые течения

Теория радиационного напряжения успешно использовалась для объяснения наличия прибрежных течений. Оригинальная теория красноречиво объяснена Лонге-Хиггинсом ^[7].Впоследствии Комар ^[9], в результате его собственных теоретических и полевых исследований, развил теорию дальше и представил пересмотренные уравнения. Все вышесказанное кратко изложено в Hardisty ^[13]. Здесь приводится краткое изложение основных принципов вместе с формулировкой основных уравнений.

Выражение для средней продольной скорости за период волны ([math] \ overline {\ nu _ {l}} [/ math]) было получено из следующих соображений.Во-первых, за пределами зоны прибоя поток энергии к берегу ([math] P_x [/ math]) волны, бегущей под косым углом ([math] \ alpha [/ math]), постоянен и определяется выражением (см. Уравнение (8 ))

[математика] P_ {x} = Ec_ {g} \ cos \ alpha. \ qquad (43) [/ математика]

Во-вторых, радиационное напряжение ([math] S_ {xy} [/ math]), которое представляет собой поток [math] y [/ math] -импульса, параллельный береговой линии, через плоскость [math] x [/ math] = константа определяется выражением

[математика] S_ {xy} = \ Large \ frac {1} {2} \ normalsize E (1 + G) \ cos \ alpha \ sin \ alpha = E \ left (\ Large \ frac {c_ {g} } {c} \ normalsize \ right) \ cos \ alpha \ sin \ alpha.\ qquad (44) [/ математика]

Следовательно, комбинируя уравнения (43, 44), [математика] S_ {xy} = P_ {x} c / \ sin \ alpha [/ math] вне зоны прибоя. Из-за закона Снеллиуса [math] \ sin \ alpha / c [/ math] = constant, [math] S_ {xy} [/ math] также является постоянным. Однако внутри зоны прибоя это уже не так, поскольку поток волновой энергии быстро рассеивается. Чистая тяга ([math] F_y [/ math]) на единицу площади, создаваемую волнами, определяется выражением

[математика] F_ {y} = \ Large \ frac {- \ partial S_ {xy}} {\ partial x} \ normalsize.{2} \ tan \ beta \ sin \ alpha. \ qquad (46) [/ математика]

Наконец, предположив, что эта тяга уравновешивается сопротивлением трения в береговом ([math] y [/ math]) -направлении, он получил выражение для средней скорости вдоль берега [math] \ overline {\ nu _ {l} } [/ math], заданный

[математика] \ overline {\ nu _ {l}} = \ Large \ frac {5 \ pi} {8C} \ normalsize u_ {mb} \ tan \ beta \ sin \ alpha, \ qquad (47) [/ математика]

где [math] C [/ math] — коэффициент трения.

Впоследствии Комар ^[9] обнаружил на основе анализа полевых данных, что [math] \ tan \ beta / C [/ math] был фактически постоянным, и поэтому он предложил модифицированную формулу, полученную следующим образом:

[математика] \ overline {\ nu _ {l}} = 2.7u_ {mb} \ sin \ alpha \ cos \ alpha, \ qquad (48) [/ математика]

, в котором термин [math] \ cos \ alpha [/ math] был добавлен для учета больших углов падения (Longuet-Higgins ^[7] предполагал [math] \ alpha [/ math] малым и, следовательно, [ math] \ cos \ alpha \ to 1 [/ math]).

Распределение прибрежных течений в зоне прибоя также изучалось Лонге-Хиггинсом и Комаром. Распределение зависит от предположений, сделанных относительно коэффициента горизонтального вихря, который имеет эффект передачи горизонтального импульса через зону прибоя.Komar ^[9] представляет набор уравнений для прогнозирования распределения.

Дополнительная литература

Рив, Д., Чедвик, А. Дж., Флеминг, К. (2012). Береговая инженерия: процессы, теория и практика проектирования (2-е изд) E & FN Spon.
Открытый университет, 1989. Волны, приливы и процессы на мелководье, Pergamon Press, Оксфорд.
Хорикава, К. (редактор), 1988. Прибрежная динамика и прибрежные процессы, теоретические измерения и прогнозные модели, Токийский университет, Токио.

Статьи по теме

Инфравитационные волны

Статистическое описание параметров волн

Прибрежный дрейф и моделирование береговой линии

Список литературы

↑ Рив, Д., Чедвик, А. Дж., Флеминг, К. (2012). Береговая инженерия: процессы, теория и практика проектирования (2-е изд) E & FN Spon.
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 ^2,5 ^2.6 ^2,7 ^2,8 ^2,9 Года, Ю., 2000. Случайные моря и проектирование морских сооружений, Расширенная серия по океанотехнике, Vol. 15, World Scientific.
↑ Хант, Дж. Н., 1979. Решение волнового дисперсионного уравнения по направлению. Журнал инженерии водных путей, портов, прибрежных районов и океана (ASCF), 105 (WW4), 457-459.
↑ ^4,0 ^4,1 Соренсен Р.М., 1993. Основы волновой механики для инженеров прибрежных районов и океанов, John Wiley & Sons, Нью-Йорк.
↑ ^5,0 ^5,1 ^5,2 Dean, R.G. & Dalrymple, R.A., 1991. Механика волн на воде для инженеров и ученых, Advanced Series on Ocean Engineering, Vol. 2, World Scientific, Сингапур.
↑ Лонге-Хиггинс, М.С. И Стюарт Р.В., 1964. Радиационные напряжения в водных волнах: физическое обсуждение, с приложениями, Deep Sea Res., 11, 529-562.
↑ ^7,0 ^7,1 ^7,2 ^7,3 Лонге-Хиггинс, М.С., 1970. Прибрежные течения, создаваемые наклонно падающими морскими волнами. Журнал геофизических исследований, 75, 6778-6789.
↑ ^8,0 ^8,1 Хорикава, К., 1978 г. Прибрежная инженерия, Университет Токио, Токио.
↑ ^9,0 ^9,1 ^9,2 ^9,3 Комар, П.Д., 1976. Процессы на пляже и отложения, Прентис-Холл, Энглвуд-Клифс, Нью-Джерси.
↑ ^10,0 ^10,1 Сильвестер Р., 1974.Coastal Engineering, тома 1 и 2, Elsevier, Oxford.
↑ Коутитас, Г.К., 1988. Математические модели в прибрежной инженерии, Pentech Press, Лондон.
↑ Дайер, К. Д., 1986. Динамика прибрежных и эстуарных отложений, Вили, Чичестер.
↑ ^13.0 ^13.1 Hardisty, J., 1990. Beaches Form and Process, Unwin Hyman, London
↑ Соулсби, Р.Л., 1997. Динамика морских песков. Томас Телфорд, Лондон
↑ ^15,0 ^15.1 BSI, BS6349, 1984. Морские сооружения, Британский институт стандартов, Лондон, Великобритания
↑ Hedges, T..S., 1987. Комбинации волн и токов: введение. Proc. Inst. Civ. Engrs, Part 1, 1987, июнь, 567-585.
↑ Майлз Дж., 1980, Уединенные волны. Annual Review of Fluid Mechanics}, 12, 11-43, январь.
↑ Мелвилл, W.K., 1980. О маховском отражении уединенной волны. Journal of Fluid Mechanics}, 98, 285-297.
↑ Юн, С. и Лю П.Л.-Ф., 1989. Стволовые волны вдоль волнолома. Журнал водного пути, порта, побережья и океанической инженерии (ASCE), 115, 635-648.
↑ Хонда, К. и Мейз, Х., 2007. Применение нелинейной волновой модели в частотной области к эволюции станка и преобразованию волн на рифе. Труды 5-й Международной конференции по береговым сооружениям, ASCE, Венеция, Италия.
↑ ^21,0 ^21,1 ^21,2 CIRIA / CUR / CETMEF 2007. Руководство по камням. Использование горных пород в гидротехнике (2-е изд.). C683. Лондон: CIRIA
↑ Дэвидсон, М.А., Берд, П.А.Д., Баллок, Г.Н. и Хантли, Д.А., 1996. Новое безразмерное число для анализа отражения волн от волноломов из каменных насыпей. Береговая инженерия, 28, с. 93—120.
↑ Berkhoff, J.C.W., 1972. Расчет комбинированной рефракции-дифракции, Proc. 13-я Международная конференция по прибрежной инженерии, Лиссабон, 55-69.
↑ Dingemans, M.W., 1997. Распространение водных волн на неровном дне. Продвинутая серия по океанической инженерии, том 13.World Scientific, Лондон.
↑ Li, B., 1994. Обобщенная модель сопряженного градиента для уравнения мягкого уклона, Coastal Engineering, 23, 215-225.
↑ Ilic, S. & Chadwick, A.J., 1995. Оценка и проверка модели уравнения эволюции мягкого уклона для комбинированной рефракции-дифракции с использованием полевых данных, Coastal Dynamics 95, Гданьск, Польша, стр. 149-160.
↑ Хеджес, Т.С., 1995. Области применимости аналитических волновых теорий. Proc. Inst. Civ. Англ., Wat., Marit., & Energy, 112, июнь, 111–114.
↑ ^28,0 ^28,1 USACE, 2012. Руководство по прибрежному проектированию. Отчет № 110-2-1100. Вашингтон, округ Колумбия: Инженерный корпус армии США https://www.publications.usace.army.mil/USACE-Publications/Engineer-Manuals/u43544q/636F617374616C20656E67696E656572696E67206D616E75616C/
↑ Года, Ю., 1974. Новые формулы волнового давления для составных волноломов, Тр. 14-й Int. Конференция по прибрежной инженерии, ASCE, Нью-Йорк
↑ Куомо, Г., Оллсоп, В., Брюс, Т. и Пирсон, Дж. (2010). Разрушающие волновые нагрузки на вертикальные дамбы и волноломы. Береговая инженерия 57, 424-439
↑ Моррисон, Дж. Р., Джонсон, Дж. У., О’Брайен, М. и Шааф, С.А., 1950. Силы, оказываемые поверхностными волнами на сваи, Petroleum Transactions, Американский институт горных инженеров, том 189, 145-154.
↑ Battjes, J. A., 1968. Преломление водных волн. J. Водные пути и гавани Div. ASCE, WW4, 437-457.
↑ Фредсо, Дж.И Дейгаард, Р., 1992. Механика прибрежного переноса наносов, Продвинутая серия по океанической инженерии 3, World Scientific, Сингапур.

Наука лета: как образуются океанские волны?

Примечание редактора : В этой еженедельной серии LiveScience рассматривает научные аспекты летнего сезона.

Одно из величайших летних удовольствий для удачливых пляжников — это слушать ритмичный плеск океанских волн. Это вызывающее транс явление вызвано рядом факторов, но наиболее важным генератором местной волновой активности на самом деле является ветер.

«Основной движущей силой или причиной волн является ветер», — сказал Уэйн Преснелл, метеоролог из отделения морской и прибрежной службы Национальной метеорологической службы Национального управления океанических и атмосферных исследований.

Преснелл объяснил, что скорость и продолжительность ветра помогают определить размер и частоту океанских волн. Другой фактор, называемый «подачей», относится к длине воды, над которой дует ветер, и чем дольше подача, тем больше энергии может накопить волна. [См. Фотографии волн-монстров]

«Fetch имеет некоторое влияние на волны на пляже, — сказал Преснелл, — но в основном те, которые вы видите там играющими, вызваны местным ветром и скоростью ветра в этот день.»

Наблюдение за движением волн

Чтобы почувствовать создаваемые ветром волны, просто подуйте, например, над миской с жидкостью. Серия волн будет следовать по пути вашего выдоха

Даже когда ветер дует до море, волны по-прежнему выходят на берег из-за формы океанских бассейнов.

«Это общее движение океана, если хотите — он толкает воду к берегу», — сказал Преснелл. Представьте себе плескание в ванне, Преснелл объяснил: Когда к воде добавляется некоторая сила, плескание направляется к краю ванны, а затем переходит в возвратно-поступательное движение.

Формируется разлом

Волна, видимая выше уровня воды, на самом деле является только частью волны; волна также распространяется вниз через толщу воды на дно океана.

Волны берут начало в глубоком открытом океане и имеют относительно вертикальную форму, сказал Преснелл. Однако когда волна приближается к берегу, нижняя часть волны волочится по дну океана.

Верхняя часть волны выше уровня воды начинает двигаться быстрее, чем остальная часть волны.По мере того, как глубина океана уменьшается ближе к берегу, сопротивление дна волны становится сильнее, и верхняя часть волны начинает наклоняться вперед.

В определенный момент волна наклоняется настолько, что закручивается, создавая то, что называется брейкером, и демонстрируя характерную катящуюся форму разбивающейся волны, объяснил Преснелл.

Область между берегом и первой линией прибойных волн на пляже известна как зона прибоя. «Зона серфинга — это место, где люди занимаются большей частью своей деятельности, например, рыбной ловлей и плаванием — это то место, куда большинство людей ходят и веселятся на пляже», — сказал Преснелл LiveScience.

Остерегайтесь разрывов

Вся океанская вода, выбрасываемая волнами на пляж, должна вытечь обратно. Этот отток не происходит равномерно, потому что вода вернется в море там, где это легче всего сделать, например, через разлом или провал в песчаных отмелях на берегу, или возле пирса или пристани.

В таких ситуациях могут возникать сильные «отводные течения», которые подвергают пловцов риску утонуть. [Наука о разрывах течений (инфографика)]

«Когда вода поднимается на берег, она теряет импульс и энергию, и ей приходится возвращаться к океану», — сказал Преснелл.«Отрывное течение возникает, когда определенные предметы на дне океана стекают в узкую струю».

Риповые течения часто кажутся более пенистыми или более темными, чем окружающая вода, что помогает пловцам (и спасателям) их заметить.

Чтобы избежать обратного течения, пловцы не должны пытаться плыть прямо к берегу, потому что они будут бороться с течением и изматывать себя. Вместо этого пловцы должны стремиться избежать узкого обратного течения, двигаясь параллельно или по диагонали к берегу.Также неплохо было бы предупредить спасателя, если он на дежурстве.

«Кричите о помощи и привлекайте к себе внимание», — сказал Преснелл. «Тогда сделайте все возможное, чтобы вернуться к берегу, плывя параллельно или под углом, где вы не чувствуете сопротивления».

Перед тем, как резвиться на волнах, проконсультируйтесь со спасателем или другим источником информации на пляже, чтобы получить информацию об условиях в этот день и ожидаются ли сильные течения.

«Первое, что нужно сделать или запомнить, — это проверить состояние океана, прежде чем вы туда войдете», — сказал Преснелл.«Знайте, во что вы ввязываетесь, прежде чем вы попадете в это».

Следуйте за нами @livescience , Facebook и Google+ . Оригинальная статья на LiveScience.com.

12.1: Волны и волновые процессы

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Движение частиц в переносимой ветром волне.

Волны образуются, когда ветер дует над поверхностью воды. Энергия передается от ветра воде за счет трения и переносится волнами в верхней части воды.Волны движутся по поверхности воды, при этом отдельные частицы воды движутся по кругу, вода движется вперед гребнем и движется назад в желобе. Это можно продемонстрировать, наблюдая за движением пробки или какого-либо плавающего объекта при прохождении волны.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Аспекты волн на воде, отмеченные.

Важные термины, которые следует понимать при работе с волнами, включают: Гребень волны — наивысшая точка волны; минимум — самая низкая точка волны. Высота волны (равна двойной амплитуде волны ) — это расстояние по вертикали от впадины до гребня, которое зависит от количества энергии, переносимой в волне. Даже не доходя до берега, высота волны увеличивается с увеличением энергии волны. Длина волны — это расстояние по горизонтали между соседними гребнями волны или соответствующими элементами волны. Скорость волны — это скорость, с которой гребень волны движется вперед, которая также связана с энергией, переносимой волной. Период волны — это временной интервал, за который соседние гребни волн проходят через заданную точку.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Диаграмма, описывающая основу волны.

Круговое движение частиц воды уменьшается с глубиной и становится незначительным примерно на половине длины волны, что важно помнить в связи с волнами. Вертикальный охват волн в воде называется основанием волны . Глядя на набегающие на пляж волны, можно понять, что большинство океанских волн имеют длину порядка нескольких десятков футов.Таким образом, морская вода обычно нарушается волнами на глубину до нескольких десятков футов. Это известно как база для ясной погоды . Во время сильных штормов, таких как ураганы, длина волны и максимальная глубина возмущения воды резко увеличиваются. Таким образом, эффективная глубина, на которую волны могут размывать отложения, называется штормом , основанием волны , , что составляет приблизительно 300 футов [1].

Волны генерируются ветром, дующим над поверхностью океана.Количество энергии, передаваемой воде, зависит от скорости ветра и расстояния, на которое дует ветер. Это расстояние называется выборка . Волны, падающие на берег, обычно создавались штормами за сотни миль от побережья и, возможно, пересекали океан в течение нескольких дней.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Модель волнового цуга, движущегося с дисперсией.

Ветер, дующий в относительно постоянном направлении, порождает волны, движущиеся в этом направлении.Такая группа приблизительно параллельных волн, распространяющихся вместе, называется последовательностью волн . По мере того как последовательности волн распространяются из разных областей генерации, они могут двигаться в разных направлениях и нести разное количество энергии. Взаимодействие этих различных волновых цепей создает изменчивую морскую поверхность, видимую в открытом океане. Также интересно то, что многие длины волн создаются в данной последовательности волн из области выборки. Более длинные волны распространяются с большей скоростью, чем более короткие волны, таким образом, существует сортировка длин волн, которая имеет место во время движения волнового поезда, когда более длинные волны прибывают первыми на удаленный берег.Этот процесс называется дисперсией волн .

Поведение волн, приближающихся к берегу

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Типы бурунов

В открытом море волны обычно кажутся неустойчивыми, потому что последовательности волн со многих направлений взаимодействуют друг с другом. Там, где гребни сходятся с другими гребнями (так называемая конструктивная интерференция), они складываются вместе, образуя пики, и этот процесс называется усилением волн. Конструктивное натягивание желобов приводит к образованию ямок. Там, где гребни сходятся с впадинами, они нейтрализуют друг друга (это называется деструктивной интерференцией).Когда волны приближаются к берегу и начинают вступать в фрикционный контакт с морским дном (т. Е. Глубина воды составляет половину длины волны или меньше), они начинают замедляться, но энергия, переносимая волной, остается прежней, поэтому они накапливаются выше. Помните, что вода движется по кругу по мере прохождения волны, причем вода, которая питает каждый круг, вытягивается из желоба перед наступающей волной. Поскольку волна встречает более мелкую воду у берега, в конечном итоге воды перед волной недостаточно, чтобы обеспечить полный круг, и гребень переливается, образуя разбойник .

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Все волны, как цунами, замедляются по мере того, как достигают мелководья. Это заставляет волну увеличиваться в высоту.

Волны особого типа генерируются любым энергетическим событием, воздействующим на морское дно, таким как землетрясения, подводные оползни и извержения вулканов. Такие волны называются цунами , , , , и в случае землетрясений они возникают, когда часть морского дна внезапно поднимается из-за движения нижележащих пород земной коры, которые участвуют в землетрясении.Вода внезапно поднимается, и поезд волн распространяется во всех направлениях от насыпи, несущий огромную энергию и движущийся очень быстро (сотни миль в час). Цунами могут пройти незамеченными в открытом океане, потому что длина волны очень велика, а высота волны очень мала. Но по мере приближения цуга волн к берегу каждая волна соприкасается с неглубоким морским дном, трение увеличивается, и волна замедляется. Высота волны увеличивается, и волна ударяется о берег в виде водяной стены высотой в сто или более футов.Массивная волна может прокатиться вглубь суши далеко за пределы пляжа. Это называется накатом цунами, которое разрушает строения далеко вглубь суши. Цунами наносит катастрофический удар наблюдателям на пляже, поскольку вода в желобе перед ним притягивается к волне цунами, обнажая морское дно. Любопытные и ничего не подозревающие люди на пляже могут выбегать, чтобы увидеть открытую морскую жизнь в открытом море, только для того, чтобы быть ошеломленными, когда ударяется обрушивающийся гребень.