إعداد الموجة

في ديناميكا الموائع ، يُعرف ارتفاع مستوى الماء المتوسط ​​نتيجةً لتكسر الأمواج باسم "ارتفاع الموجة" . وبالمثل، يُعرف انخفاض مستوى الماء المتوسط ​​قبل تكسر الأمواج (أثناء عملية التضحل) باسم "انخفاض الموجة ". باختصار، يُشار إلى هذه الظاهرة مجتمعةً باسم "ارتفاع الموجة"، بما في ذلك ارتفاع وانخفاض مستوى الماء المتوسط. يتواجد هذا الارتفاع بشكل أساسي في منطقة الأمواج الساحلية ومحيطها . بالإضافة إلى التباين المكاني في ارتفاع الموجة المتوسط، قد يوجد أيضًا تباين زمني يُعرف باسم " ضربة الأمواج "، مما يُسبب إشعاع موجات تحت الجاذبية . ^{[ 1 ] [ 2 ]}

يمكن نمذجة ارتفاع الأمواج رياضياً من خلال مراعاة التغير في إجهاد الإشعاع . ^{[ 3 ]} إجهاد الإشعاع هو موتر تدفقات الزخم الأفقي الزائدة الناتجة عن وجود الأمواج. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

مع اقتراب الموجة المتقدمة من الشاطئ وانخفاض عمق الماء، يزداد ارتفاع الموجة نتيجة لظاهرة ضحلة الماء . ونتيجة لذلك، يزداد تدفق الزخم الأفقي الناتج عن الموجة. تتطلب معادلات الزخم الأفقي للتدفق المتوسط ​​موازنة هذا التدفق الإضافي الناتج عن الموجة، مما يؤدي إلى انخفاض متوسط ​​مستوى الماء قبل انكسار الأمواج، وهو ما يُعرف بـ "الانخفاض".

بعد انكسار الأمواج ، لا يعود تدفق طاقة الأمواج ثابتًا، بل يتناقص نتيجةً لتبدد الطاقة. وبالتالي، ينخفض ​​إجهاد الإشعاع بعد نقطة الانكسار، مما يؤدي إلى ارتفاع مستوى سطح البحر الحر لتحقيق التوازن مع ارتفاع الأمواج. كلا الوصفين السابقين ينطبقان تحديدًا على الشواطئ ذات الانحدار الطفيف لقاع البحر. ^{[ 6 ]}

يُعدّ ارتفاع مستوى سطح البحر مصدر قلق خاص أثناء العواصف، حيث يمكن أن تؤدي تأثيرات الأمواج الكبيرة الناتجة عن رياح العاصفة إلى زيادة متوسط ​​مستوى سطح البحر (عن طريق ارتفاع مستوى سطح البحر)، مما يزيد من مخاطر إلحاق الضرر بالبنية التحتية الساحلية. ^{[ 7 ]}

يدفع إجهاد الإشعاع الماء نحو الساحل، ثم يرتفع، مما يؤدي إلى زيادة مستوى الماء. في لحظة معينة، تكون هذه الزيادة كافية لتساوي الضغط الهيدروستاتيكي مع إجهاد الإشعاع. ومن هذا التوازن، يمكن حساب ارتفاع الموجة. وتكون الزيادة القصوى في مستوى الماء كما يلي:

${\displaystyle z={\frac {5}{16}}\gamma H_{b}}$

حيث يُمثل H _{_b} ارتفاع الموجة عند خط التكسر، و γ هو مؤشر التكسر (نسبة ارتفاع الموجة إلى عمق الماء عند التكسر للموجات الفردية، وعادةً ما تكون γ = 0.7 - 0.8). وبالمناسبة، نتيجةً لهذه الظاهرة، يحدث انخفاض طفيف في مستوى الماء باتجاه البحر مباشرةً من خط التكسر، بنسبة 20% تقريبًا من ارتفاع الموجة. ويمكن أن يكون ارتفاع الموجة على شواطئ المحيط كبيرًا. فعلى سبيل المثال، موجة بارتفاع 5 أمتار (في المياه العميقة) ودورة 12  ثانية، عند سقوط عمودي و γ = 0.7، تُعطي ارتفاعًا للموجة يبلغ 1.2 متر. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

يمكن أن يؤدي ارتفاع الأمواج إلى تيارات قوية على طول الساحل. في الشكل المرفق، رُسم ميناء بأمواج عمودية على الساحل. عند النقطة أ، يتسبب تكسر الأمواج في ارتفاع مستوى الماء. لنفترض أنه 1.2 متر كما في المثال السابق. عند النقطة ب في الميناء (لنفترض أنها تبعد حوالي 500 متر عن النقطة أ)، يكون تكسر الأمواج قليلاً بسبب حماية كاسر الأمواج (يوجد قدر ضئيل من حركة الأمواج نتيجة الانعراج ).

لنفترض أن ارتفاع الموجة عند هذه النقطة هو 0.2 متر فقط. عندئذٍ، يوجد فرق في مستوى الماء مقداره متر واحد على امتداد 500 متر، أي ميل مقداره 0.002. إذا تم تطبيق هذه القيمة في معادلة شيزي، على سبيل المثال ، نحصل على:

${\displaystyle v=C{\sqrt {hi}}=50\cdot {\sqrt {2\cdot 0.002}}\approx 3}$آنسة.

هذه السرعة ليست ضئيلة، وتؤدي أيضًا إلى نقل كميات كبيرة من الرمال إلى الميناء. عادةً ما يُبنى الميناء ذو ​​الشكل الموضح هنا بهذه الطريقة لأن اتجاه الموجة السائد هنا يأتي من اليسار. على طول هذا الساحل، يحدث نقل للرواسب بفعل الأمواج من اليسار إلى اليمين، وبناءً على ذلك، يُتوقع حدوث ترسبات طينية على الجانب الأيسر من الميناء وتآكل على الجانب الأيمن (أي من النقطة أ إلى اليمين). بناءً على حسابات النقل الساحلي القياسية، لا يُتوقع حدوث ترسبات طينية في هذا الميناء. مع ذلك، قد يتسبب التيار الناتج عن ارتفاع الأمواج في حدوث ترسبات في هذه الحالة.

لا ينبغي الخلط بين ارتفاع الموجة وارتفاعها (ارتفاع لسان الموجة على المنحدر) أو مع ارتفاع الرياح ( الاندفاع ، ارتفاع مستوى الماء على الساحل بسبب ضغط الرياح).

• الفيضانات الساحلية