Настройка волны
В гидродинамике из - волновая установка — это повышение среднего уровня воды за присутствия обрушивающихся волн . Аналогичным образом, заход волн — это вызванное волнами понижение среднего уровня воды до того, как волны разобьются (в процессе обмеления). Короче говоря, все явление часто называют волновой установкой, включая как увеличение, так и уменьшение средней высоты. Эта установка в основном присутствует в прибрежной зоне прибоя и вблизи нее . Помимо пространственных изменений в (средней) волновой структуре, также может присутствовать изменение во времени – известное как биение прибоя – вызывающее инфрагравитационное волновое излучение . [1] [2]
Волновую установку можно математически смоделировать, учитывая изменение радиационного стресса . [3] Радиационное напряжение представляет собой тензор избыточных горизонтального импульса потоков из-за присутствия волн. [4] [5]
В прибрежной зоне серфинга и вблизи нее
[ редактировать ]
По мере приближения прогрессивной волны к берегу и уменьшения глубины воды высота волны увеличивается из-за обмеления волн . В результате возникает дополнительный волновой поток горизонтального импульса. Уравнения горизонтального импульса среднего потока требуют, чтобы этот дополнительный поток, вызванный волнами, был сбалансирован: это вызывает снижение среднего уровня воды до того, как волны разбиваются, что называется «посадкой».
волн После разбивания поток волновой энергии уже не является постоянным, а уменьшается за счет диссипации энергии. Таким образом, радиационное напряжение уменьшается после точки разрыва, в результате чего увеличение уровня свободной поверхности уравновешивается: волновая установка. Оба приведенных выше описания предназначены специально для пляжей с пологим уклоном дна. [6]
Образование волн вызывает особую озабоченность во время штормов, когда воздействие больших волн, создаваемых ветром во время шторма, может повысить средний уровень моря (из-за волнения), увеличивая риски повреждения прибрежной инфраструктуры. [7]
Значение настройки волны
[ редактировать ]Радиационный стресс толкает воду к берегу, а затем поднимает ее вверх, вызывая повышение уровня воды. В данный момент это увеличение таково что его гидростратное давление равно радиационному стрессу. Из этого равновесия можно рассчитать волновую установку. Тогда максимальное повышение уровня воды составит:
где H b – высота волны у прибоя, γ – индекс прибоя (отношение высоты волны к глубине воды при обрушении для отдельных волн, обычно γ = 0,7–0,8). Между прочим, из-за этого явления происходит небольшое снижение уровня воды сразу к морю от линии прибоя, примерно на 20% от волновой установки.
Волны на океанских пляжах могут быть значительными. Например, волна высотой 5 м (на глубокой воде) и периодом 12 с при перпендикулярном падении и γ = 0,7 дает волновую установку 1,2 м. [8] [9]
Ток из-за настройки волны
[ редактировать ]
Установка волн может привести к значительным течениям вдоль побережья. На прилагаемом рисунке изображена гавань с волнами, идущими перпендикулярно берегу. В точке А разбиение волн вызывает повышение уровня воды. Предположим, это 1,2 м, как в примере выше. В точке B в гавани (предположим, это примерно 500 м от точки A) прибойных волн мало из-за защиты волнолома (имеется небольшое воздействие волн из-за дифракции ).
Предположим, что высота волны в этой точке составляет всего 0,2 м. Тогда разница уровня воды составляет 1 м на протяжении этих 500 м, то есть градиент 0,002. Если это заполнить, например, формулой Шези, это даст:
РС.
Эта скорость немаловажна и приводит к транспортировке большого количества песка в гавань. Гавань такой формы, как показанная здесь, обычно строится таким образом, потому что преобладающее направление волн здесь идет слева. Вдоль этого побережья происходит перенос наносов, вызванный волнами, слева направо, и на основании этого ожидается, что заиление произойдет на левой стороне гавани, а эрозия - на правой стороне гавани (т. е. от А дальше к верно). Таким образом, согласно стандартным расчетам береговой транспортировки, в этом порту не ожидается заиления. Однако ток, вызванный волновой установкой, в этом случае действительно может вызвать седиментацию.
Примечание
[ редактировать ]Волновую установку не следует путать с накатом волны (подъём языка волны на склон) или с ветровой установкой ( нагон , подъём уровня воды у берега из-за напора ветра).
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хендерсон, Стивен М. (2002). «Наблюдения за усилением и рассеянием ударов прибоя» . Журнал геофизических исследований . 107 (C11): 3193. Бибкод : 2002JGRC..107.3193H . дои : 10.1029/2000JC000498 . ISSN 0148-0227 . Проверено 26 июня 2023 г.
- ^ Вонк, WH (1949). «Прибойные ритмы» . Сделки, Американский геофизический союз . 30 (6): 849–854. Бибкод : 1949ТрАГУ..30..849Вт . дои : 10.1029/TR030i006p00849 . ISSN 0002-8606 . Проверено 26 июня 2023 г.
- ^ Лонге-Хиггинс, MS ; Стюарт, Р.В. (1962), «Радиационный стресс и массоперенос в гравитационных волнах с применением к «прибою» », Journal of Fluid Mechanics , 13 (4): 481–504, Бибкод : 1962JFM....13.. 481Л , дои : 10.1017/S0022112062000877 , S2CID 117932573
- ^ Ленц, Стив; Раубенхаймер, Бритт (15 ноября 1999 г.). «Полевые наблюдения за волновой установкой» . Журнал геофизических исследований: Океаны . 104 (С11): 25867–25875. Бибкод : 1999JGR...10425867L . дои : 10.1029/1999JC900239 .
- ^ Долата, ЛФ; Розенталь, В. (1984). «Волновая установка и волновые течения в прибрежных зонах» . Журнал геофизических исследований . 89 (C2): 1973. Бибкод : 1984JGR....89.1973D . дои : 10.1029/JC089iC02p01973 . ISSN 0148-0227 . Проверено 26 июня 2023 г.
- ^ Боуэн, Эй Джей; Инман, Д.Л.; Симмонс, вице-президент (1968), «Запуск и установка волн», Журнал геофизических исследований , 73 (8): 2569–2577, Бибкод : 1968JGR....73.2569B , doi : 10.1029/JB073i008p02569
- ^ Томпсон, Рори ОРИ; Хамон, Брюс В. (1980). «Волновая установка уровня воды в гавани» . Журнал геофизических исследований . 85 (C2): 1151. Бибкод : 1980JGR....85.1151T . дои : 10.1029/JC085iC02p01151 . ISSN 0148-0227 . Проверено 26 июня 2023 г.
- ^ Босбум, Дж.; Стив, MJF (2021). Прибрежная динамика . Делфтский технологический университет . п. 585. дои : 10.5074/T.2021.001 . ISBN 978-94-6366-371-7 . Проверено 26 июня 2023 г.
- ^ Олсоп, Северо-Западный Уэльс; Бриггс, MJ; Дин, Р.Г.; Франко, Л.; Гюнтер, РБ; Хадспет, RT; Хван, Х.-Х.; Исобе, М.; Кампус, Б.; Ли, Ю.-Дж.; Нистор, И.; Палермо, Д.; Пиларчик, К.В.; Ранасингхе, Р.; Лосада Родригес, Массачусетс; Уличка, К.; Уолтон, Т.; Ага, Х.; Занутти, Б. (2009). Ким, YJ (ред.). Справочник по прибрежной и океанской инженерии . Всемирная научная . стр. 1–23. дои : 10.1142/6914 . ISBN 978-981-281-929-1 . Проверено 26 июня 2023 г.
