Деформация волн у берега

При подходе к берегу, где глубина уменьшается до нуля у уреза воды, в волне происходят существенные изменения: меняются ее профиль (рис. 10.11) и направление движения волнового луча.

Рис. 10.11. Деформация профиля волны у отмелого берега

Различные варианты деформации волны связаны с характером берега и прибрежного рельефа дна. При пологом дне и неизменной прибрежной полосе передний склон волны становится круче, гребень догоняет впереди идущую подошву и, наконец, обрушивается, образуя прибой (накат). Гребень волны устремляется на сушу, возникает заплеск. Чем больше волна, тем большую часть берега заливает заплеск. Ширина заплеска зависит от размеров волны и уклона берега и бывает от нескольких до десятков метров. В результате постоянной работы волн формируются пляжи, а также продольные (вдоль береговой линии) и поперечные (от берега в открытое море) потоки наносов. При отлогом дне и высоком крутом береге срывающийся гребень ударяет в берег и вода вскидывается вверх, образуя взброс. Вода при взбросах у берегов океана поднимается на десятки метров, наблюдались взбросы до 60 м. При крутом береге и приглубом дне может происходить отражение волн и интерференция падающей и отраженной волн, т. е. образование стоячей волны. Если недалеко от уреза на дне есть гряда с меньшими глубинами (вроде рифа), то волна, не доходя до уреза, разрушается, образуя бурун. При больших волнах бурун может образоваться и далеко от уреза на сравнительно большой (в десятки метров) глубине.

Прибой, особенно взброс, обладает огромной энергией. Существует множество фактов разрушения береговых сооружений, сдвигов и даже переносов огромных бетонных и каменных массивов массой в десятки и даже сотни тонн. Такая огромная энергия объясняется тем, что при прибое гребень, срываясь, становится переносной волной: вся масса воды приобретает не колебательное, а поступательное движение.

При подходе к урезу воды, начиная с глубины в половину длины волны, скорость, длина и высота ее уменьшаются. Но, начиная, с глубины приблизительно в 1/5 длины волны высота волны начинает возрастать, причем особенно быстро с глубины, равной 0,1 l,затем волна разрушается, образуется прибой.

Одновременно с деформацией профиля волны изменяется и положение ее фронта. Под каким бы углом к берегу ни проходил он в открытом море, на берег волна выкатывается параллельно урезу или под очень острым углом к нему. Это объясняется тем, что волна у берега из класса коротких волн переходит в класс длинных. А длинные волны распространяются по другому закону: скорость их зависит не от длины волны, как у коротких волн (см. формулу (10.11)), а от глубины места: согласно формуле Лагранжа — Эри, она пропорциональна корню квадратному из глубины (c= ). Поэтому, как только волна вышла на глубину меньше половины длины волны, разные участки фронта (гребня) будут двигаться с разной скоростью: участок, ближайший к урезу, замедлит движение, и линия фронта станет искривляться, подравнивая направление фронта к линии уреза. Возникает рефракция волн. Если береговая линия не прямая, а изрезанная, то возникает сложное волновое поле (рис. 10.12). Искривляются не только фронт волны, но и волновой луч, поэтому создается сложная система рефракции и интерференции волн. Волновые лучи сходятся к мысам берега и расходятся у заливов, сильно усложняя процессы формирования берега, образование абразионных и аккумулятивных участков. При этом могут образовываться и разрывные течения, идущие от берега в открытое море поперек фронта волны и разрывающие его. Лучевая картина волнения имеет очень важное значение не только для изучения морфологического строения берегов, но и для планирования и ведения гидротехнических работ в береговой зоне (строительство портов, берегоукрепительных сооружений и др.).