第二节 波浪
一、波浪概述
波浪是海洋、湖泊、水库等宽敞水面上常见的水体运动，其特点在于每个水质点作周期性运动，所有的水质点相继振动，便引起水面呈周期性起伏。因为水是一种流体，它在外力（风、地震等）作用下，水质点可以离开原来的位置，但在内力（重力、水压力、表面张力等）作用下，又有使它恢复原来位置的趋势。因此，水质点在其平衡位置附近作近似封闭的圆周运动，便产生了波浪，并引起了波形的传播。由此可见，波浪的传播，并不是水质点的向前移动，而仅是波形的传递。
（一）波浪要素
波浪的尺度和形状，通常用波浪要素来表述。波浪的基本要素有：波峰、波谷、波顶、波底、波高、波长、波陡、周期、波速等。
波峰是静水面以上的波浪部分；波谷是静水面以下波浪部分；波顶是波峰的最高点；波底是波谷的最低点；波高（h）是波顶与波底间的垂直距离；波长（λ）是两相邻波顶或波底间的水平距离；波陡（σ）是波高与半个波长之比；波浪周期（τ）是两相邻的波顶（或波底）经过同一点所需要的时间；波速（c）是波形移动的速度，即波长与波浪周期之比值：
波向线是表示波浪传播方向（浪向）的线；波峰线是与波向线正交，并通过波峰的线。
（二）海洋中波的分类
海洋中波的种类很多，分法不一，现分类如下：
1.按波的周期（频率）分类 按波的周期可分为表面张力波、短周期重力波、长周期重力波、长周期波和长周期潮波。各种频率的波浪所包含的相对能量。重力波具有周期为1至30秒的波浪，其中周期为3—15秒的波浪，对海岸工程问题往往比较重要。
2.按成因分类
1）风浪和涌浪 在风的直接作用下，水面出现的波动，称风浪；风浪离开海区传至远处或风区里，风停息后所留下的波浪，则称为涌浪（波）
2）内波 发生在海洋内部，由两种密度不同的海水作相对运动而引起的波动现象。
3）潮汐波 海水在引潮力作用下产生的波浪。
4）海啸 由火山，地震或风暴等引起的巨浪。
3.按水深分类 按照水深相对波长大小可分为深水波和浅水波。
1）深水波 是水深相对波长很大的波，这种波动主要集中在海面以下一个较薄的水层内，又称为表面波或短波。
2）浅水波 是水深相对波长很小的波，又称为长波。
4.按波形的传播性质分类
1）前进波（进行波）波形不断地向前传播的波浪，称前进波或进行波。
2）驻波 波形不向前传播，只是波峰和波谷在固定点不断地升降交替着的波浪，称驻波。
二、小振幅波和有限振幅波
波浪是一种十分复杂的现象，它千变万化，但最主要的特点就是水面有周期性起伏。就某一时刻讲，每经过一定距离出现一个峰或谷；就某固定地点来讲，每经过一定时间出现一个峰或谷。正弦曲线（或余弦曲线）具有同样的周期性，所以用它来描述波浪变化是一个最简单、最初步途径；其次，分析这种简单波动的特性，可以近似地说明海上的波浪现象；另外，把多数简单的波动（正弦波），迭加起来，即可说明更复杂的波浪现象，这是当前研究海浪的主要方法之一。
研究液体表面波动理论很多，这里只介绍小振幅波动和有限振幅波动的理论。
（一）小振幅波动（线性波动）
小振幅波动是指波高远小于波长（h＜＜λ）的简单波动。这种假定，是某些实际波动的一种近似，但就其所得理论结果来看，尚能说明海洋中的一些波动现象。
1.短波（深水波）短波就是波长相对于水深很小的一种波动，当其波形向前传播时，称为前进波。
1）小振幅前进波 观测表明，液体表面出现的前进波，当波高甚小时（h/λ、＜1/100），其波形接近于一条不断向前移动的简谐曲线。其波长、波速、周期和水深有密切关系。对于不同深度水域，进行波的中间地带速度可由下式表示：