本文來(lái)自廣州市海洋資源保護(hù)開(kāi)發(fā)商會(huì)
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海浪的折射
海浪傳播時(shí)因水的深度變化而不斷改變傳播方向的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象主要發(fā)生于巖礁淺水中。當(dāng)海浪在深度大于其波長(zhǎng)的一半的水底傳播時(shí)，聲速c隨深度的增大而減小。對(duì)周期一定的簡(jiǎn)單波動(dòng)來(lái)說(shuō)，其聲速隨著深度的減小而減小。當(dāng)波峰線和等深線不平行時(shí)，同一波峰線上各點(diǎn)的水深不同，坐落較深處一端的波峰的聯(lián)通速率，小于較淺處一端的聯(lián)通速率，使波峰線彎轉(zhuǎn)，其彎轉(zhuǎn)的方向有使波峰線逐步和等深線平行的趨勢(shì)，與波峰線垂直的波向線也驟然發(fā)生彎轉(zhuǎn)。
研究海浪的折射現(xiàn)象，有許多實(shí)際意義，由于淺海帶波高的估算，波浪破碎帶的確定，泥沙輸送的研究和海岸防護(hù)舉措的制定等，都和淺海帶的海浪折射現(xiàn)象有密切關(guān)系。
研究海浪折射時(shí)，通常采用兩種不同的途徑：①把實(shí)際的巖礁海浪具象成某種規(guī)則的特點(diǎn)波，借助液體波動(dòng)理論的結(jié)果剖析此特點(diǎn)波的折射；②把實(shí)際海浪看作是由許多組成波疊加而成,通過(guò)剖析各組成波的折射，求得折射后的譜或折射后的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。
對(duì)于頻度單一的規(guī)則波動(dòng)，折射時(shí)所遵守的規(guī)律和光折射時(shí)所遵守的規(guī)律類似。海浪總是順著需時(shí)最短的路徑傳播的。按照這一原理，可以導(dǎo)入確定波向線變化的微分等式。在實(shí)際工作中，往往須要勾畫(huà)海浪折射圖，即對(duì)于深度分布已知的淺海水域，給定水域邊沿處波浪的周期和方向光的折射現(xiàn)象圖片，然后按照折射理論繪出水域內(nèi)的波向線（和波峰線）的圖。
假如把海浪看成是由許多組成波疊加而成，則折射的問(wèn)題就歸結(jié)為怎么求得折射后的譜。通常可先剖析各組成波折射后的方向和能量，從而求得折射后的譜；也可以從能量平衡多項(xiàng)式出發(fā)，直接解出折射后的譜。這些譜決定了折射后的海浪的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。
折射是一種復(fù)雜的波動(dòng)現(xiàn)象，除地形的影響外，許多其他誘因，如磨擦、水流、風(fēng)、非線性效應(yīng)等，都能影響海浪的折射。
海浪的繞射
當(dāng)海浪在傳播過(guò)程中碰到路堤或島嶼等障礙物時(shí)，可以“繞”過(guò)這種障礙物而傳到它們的幾何掩蔽區(qū)內(nèi)，這就是海浪的繞射。研究海浪的繞射現(xiàn)象，對(duì)于海港的設(shè)計(jì)和建筑有重要的意義，由于港內(nèi)的泊穩(wěn)條件同海浪的繞射有著密切的關(guān)系。研究繞射經(jīng)常借用光學(xué)、聲學(xué)、電磁學(xué)中處理繞射現(xiàn)象的手段，即通過(guò)求解滿足繞射邊界條件的液體波動(dòng)微分多項(xiàng)式，而求得掩蔽區(qū)內(nèi)部和外部的波動(dòng)要素。如把海浪看作由許多組成波構(gòu)成的波動(dòng)，則須要通過(guò)各組成波繞射的估算，求得繞射后的譜和繞射后的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。另外，也可通過(guò)模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)來(lái)研究繞射規(guī)律。
在實(shí)際工作中，常對(duì)幾種典型的掩蔽物(如單堤、雙堤等)勾畫(huà)出繞射圖解。依靠于此類圖解，可以便捷地估算出海浪在掩蔽區(qū)內(nèi)部和外部任意點(diǎn)處繞射后的波要素。對(duì)于形狀復(fù)雜的掩蔽物，借助電子計(jì)算機(jī)數(shù)值求解掩蔽區(qū)內(nèi)的繞射是一種行之有效的手段。
海浪的反射
海浪在傳播過(guò)程中碰到障礙物時(shí)，除發(fā)生繞射外，還可以形成反向傳播的現(xiàn)象，稱為海浪的反射。海浪的反射波和原先的入射波疊加在一起，有時(shí)可以在障礙物后面產(chǎn)生串?dāng)_，其振幅可達(dá)原入射波振幅的兩倍。為此，在決定這種建筑物的標(biāo)高和硬度時(shí)，必須考慮反射現(xiàn)象。另外，港內(nèi)海浪的反射，可降低港內(nèi)海面的震動(dòng)，不利于船舶的停靠和作業(yè)，因而決定港內(nèi)建筑物的布局和結(jié)構(gòu)時(shí)，也應(yīng)考慮到海浪的反射，便于盡可能降低反射的影響。
當(dāng)海浪遇見(jiàn)理想的光滑鉛直平面障壁時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射，這時(shí)入射波與反射波的振幅相等，入射角等于反射角；但當(dāng)海浪遇見(jiàn)實(shí)際障礙物而發(fā)生反射時(shí)，一部份能量可能以滲透波的形式溶入有孔隙的結(jié)構(gòu)物內(nèi)，一部份能量可能因磨擦作用，發(fā)生波面破碎等非線性效應(yīng)而消耗光的折射現(xiàn)象圖片，只有一部份能量以反射波方式反射回去，故反射波的實(shí)際波高比入射波小。假如把反射波的波高對(duì)入射波的波高的百分比定義為反射系數(shù)，則反射系數(shù)的大小決定于障礙物表面的斜度、粗糙度，障礙物的結(jié)構(gòu)和透水性，入射波的要素和入射角。反射系數(shù)和這種誘因的關(guān)系是復(fù)雜的，還未能從理論上構(gòu)建處理，只有一些經(jīng)驗(yàn)成果，制成圖表，供實(shí)際工作者使用。
折射、繞射和反射經(jīng)常同時(shí)出現(xiàn)，如將海底地形和河邊反射物作為邊界條件引入，直接求解所關(guān)心的區(qū)域內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)多項(xiàng)式，所得結(jié)果即可彰顯這兩者的綜合作用。也有單獨(dú)考慮其中的一種現(xiàn)象，比如采用非線性波理論的聲速場(chǎng)、考慮側(cè)向能通量等，但都未達(dá)到建立的程度。這三種現(xiàn)象的研究，一直是今后的重要課題。