波浪是塑造海岸的主要动力。
当两种密度不同的流体相接触时,其中之一相对于另一种流体发生运动,则在分界处会形成波浪。空气是一种具压缩性的流体,而自由水面则是水和空气的分界面。当空气在海上运动时,由于摩擦力的作用,引起海面的波动,即为风浪。风浪的能量主要来源于风的传递。
风连续吹拂海面,使海面起伏出现微波,而后扩大发展为风波。风波是风直接作用下形成的波浪,其波形起伏差别大,波峰尖陡,波谷广平,波列不规则,在一系列大波表面常有次一级的微波。当风停止,微波迅速消失,波浪所获得的能量并不立即消失,海水由于惯性继续波动,波能逐渐衰减,风浪转化为余波,亦称涌浪。涌浪的波峰浑圆,起伏差别小,波列平行传播比较规则,涌浪可沿海面传播几千千米,从外海传向海岸的波浪,主要是涌浪。
波浪在成长和传播过程中,波浪力的大小主要取决于风速、风时(风作用的时间)及风区长度。因为风力愈大,风区愈长,风时愈久,海水质点从而获得的能量也愈多,波浪的尺寸也愈大。如南纬40度附近海域陆地少,洋面宽,风区大,该海域可形成波长400m,波高13m,周期17~18s,波速达22m/s的巨浪。如风速、风区和风时三个因素中,任何一个受到限制,那么另二个因素尽管很强大,仍不能产生很大的风浪。如我国的黄渤海区,冬季盛行西北风,风力强,风时久,但它是陆风,吹程小,因此西北风无大浪。夏季来自太平洋的季风,吹程大,风时久,稍有大风即可形成大浪。
海深及海底地形是影响波浪形态的重要因素,大海中波浪向海岸传播由于水深变浅,水深小于波浪向下作用的深度,受海底的摩擦,波浪特性发生变化,深水区的波浪,演变为浅水区波浪。
大海的波浪进入浅水区,海底摩擦阻滞妨碍了波浪水质点的圆形轨迹运动,使波浪运动从水面向海深处传播的规律发生了变化,自水面向海底,不仅运动轨迹的直径减小,而且圆形轨迹也变得越来越扁平,成为椭圆形,海底摩擦使垂直轴上半段缩小得更快。因而,在一定深度处水质点运动的轨迹实际上成为上半部突起、下半部扁平的面包形。到了水底轨迹的扁平度达到极限,椭圆的垂直轴等于零,水质点在水底作平行水底地面的直线形振荡运动(图7-4,图7-5)。
图7-4 深水区波浪水分子做圆周运动波浪运动的方向
图7-5 浅水区波浪水分子作椭圆运动
圆形轨迹的不对称也表现在波浪的剖面形态,波浪外形变得不对称,即波浪前坡变陡,后坡变缓,波陡变大波峰变短,波谷拉长。这些变化引起沿海底水分子运动速度与时间的不对称,即在一个波浪周期中,水质点向岸运动(相当于波峰通过)时,速度较快,所需的时间也较短,而水质点向海返回(相当于波谷通过)时,速度较慢,所需时间亦较长。这种水质点向岸与向海运动在速度与时间上呈现不对称现象,愈靠近岸边表现得愈强烈。
深水区波浪进入浅水区,受海底摩擦而变形,除了周期保持不变化,其他波浪要素均发生改变。波长和波速,深水区波浪传播速度决定于波长,而浅水区与波长无关,决定于水深(受海底摩擦程度)。波高,波浪进入浅水区,波高随水深减小而增高。波能,当波长减小,波高增加时,波能将保持不变,深水区,波能沿波峰线均匀分布,浅水区,因波浪折射,波能集中波峰线的某一段而冲刷海岸,而另外一段波能消散,使海岸发生堆积作用。