波浪是塑造海岸的主要動力。
當兩種密度不同的流體相接觸時,其中之一相對于另一種流體發生運動,則在分界處會形成波浪??諝馐且环N具壓縮性的流體,而自由水面則是水和空氣的分界面。當空氣在海上運動時,由于摩擦力的作用,引起海面的波動,即為風浪。風浪的能量主要來源于風的傳遞。
風連續吹拂海面,使海面起伏出現微波,而后擴大發展為風波。風波是風直接作用下形成的波浪,其波形起伏差別大,波峰尖陡,波谷廣平,波列不規則,在一系列大波表面常有次一級的微波。當風停止,微波迅速消失,波浪所獲得的能量并不立即消失,海水由于慣性繼續波動,波能逐漸衰減,風浪轉化為余波,亦稱涌浪。涌浪的波峰渾圓,起伏差別小,波列平行傳播比較規則,涌浪可沿海面傳播幾千千米,從外海傳向海岸的波浪,主要是涌浪。
波浪在成長和傳播過程中,波浪力的大小主要取決于風速、風時(風作用的時間)及風區長度。因為風力愈大,風區愈長,風時愈久,海水質點從而獲得的能量也愈多,波浪的尺寸也愈大。如南緯40度附近海域陸地少,洋面寬,風區大,該海域可形成波長400m,波高13m,周期17~18s,波速達22m/s的巨浪。如風速、風區和風時三個因素中,任何一個受到限制,那么另二個因素盡管很強大,仍不能產生很大的風浪。如我國的黃渤海區,冬季盛行西北風,風力強,風時久,但它是陸風,吹程小,因此西北風無大浪。夏季來自太平洋的季風,吹程大,風時久,稍有大風即可形成大浪。
海深及海底地形是影響波浪形態的重要因素,大海中波浪向海岸傳播由于水深變淺,水深小于波浪向下作用的深度,受海底的摩擦,波浪特性發生變化,深水區的波浪,演變為淺水區波浪。
大海的波浪進入淺水區,海底摩擦阻滯妨礙了波浪水質點的圓形軌跡運動,使波浪運動從水面向海深處傳播的規律發生了變化,自水面向海底,不僅運動軌跡的直徑減小,而且圓形軌跡也變得越來越扁平,成為橢圓形,海底摩擦使垂直軸上半段縮小得更快。因而,在一定深度處水質點運動的軌跡實際上成為上半部突起、下半部扁平的面包形。到了水底軌跡的扁平度達到極限,橢圓的垂直軸等于零,水質點在水底作平行水底地面的直線形振蕩運動(圖7-4,圖7-5)。
圖7-4 深水區波浪水分子做圓周運動波浪運動的方向
圖7-5 淺水區波浪水分子作橢圓運動
圓形軌跡的不對稱也表現在波浪的剖面形態,波浪外形變得不對稱,即波浪前坡變陡,后坡變緩,波陡變大波峰變短,波谷拉長。這些變化引起沿海底水分子運動速度與時間的不對稱,即在一個波浪周期中,水質點向岸運動(相當于波峰通過)時,速度較快,所需的時間也較短,而水質點向海返回(相當于波谷通過)時,速度較慢,所需時間亦較長。這種水質點向岸與向海運動在速度與時間上呈現不對稱現象,愈靠近岸邊表現得愈強烈。
深水區波浪進入淺水區,受海底摩擦而變形,除了周期保持不變化,其他波浪要素均發生改變。波長和波速,深水區波浪傳播速度決定于波長,而淺水區與波長無關,決定于水深(受海底摩擦程度)。波高,波浪進入淺水區,波高隨水深減小而增高。波能,當波長減小,波高增加時,波能將保持不變,深水區,波能沿波峰線均勻分布,淺水區,因波浪折射,波能集中波峰線的某一段而沖刷海岸,而另外一段波能消散,使海岸發生堆積作用。