具有自由表面的液體的局部質點受到擾動後,離開原來的平衡位置而作週期性起伏運動,並向四周傳播的現象。波浪形成後,可以看到液體表面作此起彼伏的波動。研究波浪運動規律在國民經濟建設中,特別是對航運、港口、海洋等工程,有重要的理論意義和應用價值。

  按引起波浪的原因,波浪分為風成波、潮汐波、地震波、船行波等。海洋、湖泊、水庫中發生的波浪多屬風力引起的風成波。若波形向前移動,為推進波;若波形不向前移動,隻在原處作起伏運動,為立波。若若水深H與波長λ之比H/λ≥1/2,水底對波浪運動無影響,為深水波;若H/λ<1/2,水底對波浪運動有影響,為淺水波。

  圖1所示為波浪縱剖面圖。在靜水面以上部分的最高點為波峰,靜水面以下部分的最低點為波谷。波峰與波谷間的鉛直距離為波高h,兩相鄰波峰或波谷之間的水平距離為波長λh/λ為波陡。平分波高的水平線為波浪中線。因波形上下不對稱,波峰處的波形曲線較尖突,波谷處較平坦,波浪中線與靜水面不重合,波浪中線超出靜水面的高度為超高ζ。推進波波形移動一個波長或立波波形起伏一次的時間為波周期τ。推進波波形移動的速度為波速CCλ/τhλζτC等決定波浪形態的物理量統稱為波浪要素。

  波浪問題主要是求解波速、波周期、超高、質點運動速度、波壓力、波能量等。

  研究波浪的理論有擺線波理論、微幅波理論、斯托克斯波理論等。擺線波理論假定:深水推進波質點運動軌跡為圓,淺水推進波質點運動軌跡為橢圓,且軌跡圓和橢圓均隨深度的增大而迅速減小(圖2);深水推進波的波形為圓餘擺線,淺水推進波的波形為橢圓餘擺線;立波波形為推進波與反射波波形疊加,其質點軌跡為拋物線。在上述假定基礎上,應用理想液體拉格朗日連續方程、運動方程並結合邊界條件求解。微幅波理論是在波高、波陡、質點運動速度都很小的假定條件下應用無旋運動基本方程,並將邊界條件線性化後求解。其波形為餘弦曲線。斯托克斯波理論是在波陡為小量的條件下將邊界條件的非線性方程展開為逐級近似方程,再逐級求解。

  

參考書目

 天津大學水力學及水文學教研室編:《水力學》,下冊,人民教育出版社,北京,1980。

 易傢訓著,章克本等譯:《流體力學》,高等教育出版社,北京,1983。(Chia-shun Yih,Fluid Mechanics,McGraw-Hill,New York,1969.)