海浪在风的作用下产生,从风浪区开始往外散播。海浪的产生取决于风速、风持续时间、水深以及风袭区域距离。二维波理论很多,其中使用最广泛的三种是 Airy(线性)波理论、Stokes 第 5 阶波理论及 Dean 流函数波理论。后两种理论是非线性波理论,更好地描述了波的近表面作用。
波动当然是一个三维作用,但用二维足已能充分的表现。一个维度是波的传播方向,另一个维度是水层垂直方向。二维波在海洋环境并中不存,但却比较容易定义和确定其特性。事实上,波浪在第三个维度上传播。为了便于理解这一概念,可联想在池塘中投石块的情景。圆的直径随着波的传播而增加。除了波的传播以外,真正的海洋状态包括各种周期、高度和长度的波。为了处理实际情况,必须使用包括传播函数的海谱。
Airy(线性)波理论假设自由面相对于平均水位对称。另外,水质点运动是封闭的圆形轨道,轨道直径随着深度的增加而衰减。这里圆形的定义比较宽泛,随着波处于浅水至深水,其轨道从圆形变成椭圆形。
另外,对于浅水波,波高/深度比(H/D)以 0.78 为限,以免破碎。
所有波理论均不涉及破碎波。
下图是典型波浪及相关水动力参数。
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SWL
静水位。
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L
相邻波峰或波谷之间的波长或水平距离。
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H
波峰高度或波峰与波谷之间的垂直距离。
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D
水深或从底部到静水面的垂直距离。
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h
从静水面开始测量的水面标高。