Файл: Земляновский, Д. К. Общая лоция внутренних водных путей учеб. пособие.pdf

ветра увеличивается в среднем на 30%. Однако скорость ветра обусловлена и особенностями рельефа. При низких и открытых бе­ регах средняя скорость ветра возрастает почти в 1,5 раза, а под лесистыми и высокими берегами уменьшается.

Препятствия оказывают разнообразное влияние на воздушный поток в зависимости от их размеров и форм, от расположения по отношению к ветру, от скорости ветра и от состояния атмосферы.

На рис. 56 показаны направления и цифрами — скорость ветра на участке реки, имеющем высокий правый берег (80—100 м ) и низкий левый берег. Ветер, дующий с горы, сохраняет свое на­ правление лишь у противоположного берега. Непосредственно под горой ветер приобретает обратное направление. Следовательно,

СЗ

ветер, наблюдаемый на подходе к горе как отвальный, фактиче­ ски вблизи нее будет навальным. Опасными для судов являются разрывы высоких берегов долинами притоков, оврагами. Через эти разрывы ветер с большой силой «сваливается» на реку или водо­ хранилище.

Разберем несколько типичных случаев.

При ветре, дующем из-за берегового отдельно стоящего пре­ пятствия, вблизи него создается ветровая тень, а на некотором расстоянии — вихрь с горизонтальной осью и ветром обратного направления.

няет направление почти на обратное (до 150°). Направление ме­ няется по часовой стрелке и сказывается на расстоянии, равном одной-двум высотам берега.

112

Высокие и изрезанные берега изменяют скорость ветра, дую­ щего со стороны берега, придавая ветру в прибрежной полосе не­ устойчивое направление и порывистость.

Сила и направление ветра не остаются длительное время по­

Все перечисленные особенности ветра необходимо учитывать при управлении судном, особенно при швартовке.

§ 23. ВЕТРОВЫЕ ВОЛНЫ

Образование. При слабом ветре, дующем со скоростью, 0,25—1,0 м/сек, на поверхности воды появляются волны очень ма­ лых размеров, называемые р я б ь ю , или к а п и л л я р н ы м и вол­ нами. В образовании их основное значение имеют силы поверх­

воздействия ветра гребни и ложбины на водной поверхности рас­ полагаются беспорядочно. Такая система волн называется т р е х ­ ме рной .

Обычно в водоемах волны бывают трехмерными. В некоторых случаях встречаются двухмерные. Считается, что длина и высота двухмерных волн не меняются на большом расстоянии вдоль фрон­ та волны. К таким волнам относится з ыбь . Она представляет собой волны, распространяющиеся по инерции, когда ветер уже затих. Трехмерные волны более неблагоприятны для судоходства, чем двухмерные.

Ветровые волны, на распространение которых оказывает дей­ ствие глубина водоема, называются в о л н а м и м е л к о в о д ь я . Эти волны возникают там, где глубина водоема менее половины длины волны.

Элементы волн. Различают следующие элементы волн (рис. 57): верхняя часть волны 1, возвышающаяся над спокой­ ным горизонтом, называется г р е б н е м волны; нижняя часть 2 —■

подошвы волны до гребня; д л и н а в о л н ы X — расстояние меж­ ду двумя гребнями; п е р и о д о м в о л н ы т называют время про­ хождения через один и тот же створ двух последовательных греб-

ней волн; расстояние, на которое перемещается в единицу време­ ни профиль волны, называется скоростью с волны.

Понятие о трохоидальной теории волнения. Профиль правиль­

но перемещение это кажущееся. В действительности частицы во­ ды в волне перемещаются по круговым орбитам.

По мере перемещения профиля волны поверхность воды опу­ скается. Поэтому под наветренным гребнем частицы воды дви­ жутся вниз. Под подошвой волны частицы двигаются навстречу волновому движению, затем они поднимаются под подветренным склоном волны, после чего движение частиц воды повторяется.

На основании трохоидальной теории волн длина волны, ее пе­ риод и скорость распространения определяются по соотношениям:

Радиусы окружностей, по которым движутся частицы воды, на глубине уменьшаются, поэтому волнение с глубиной затухает.

Глубинные волны характеризуются тем, что гребни и подошвы волн на глубине располагаются под гребнями и подошвами волн на поверхности воды; длина волны, скорость и период на глубине не меняются; диаметр орбиты и высота волны уменьшаются с глубиной в геометрической прогрессии. Например, когда глубина равна длине волны X, то волны имеют высоту в 500 раз меньшую, чем на поверхности, т. е. практически волнение отсутствует. На глубине, равной 0,5 X, высота волны равна 0,04 h, на глубине

0,3 X — 0,15 h, на глубине 0,1 X — 0,53 h.

Ветер, создавая волны, передает им определенную энергию. Энергия волны Е складывается из кинетической энергии Ек дви­ жения частиц воды на орбите и потенциальной энергии Еи, кото­ рой' частица обладает при переходе от спокойного уровня к по­ верхности при волнении.

Теория волн для вычисления полной волновой энергии Е в столбе воды с площадью основания Ха дает следующую формулу:

114

Из формулы (24) следует, что энергия волны прямо пропор­ циональна квадрату ее высоты, длине и расстоянию по гребню.

В связи с тем что высота волны убывает с глубиной, наиболь­ шей энергией обладают волны верхних слоев воды. Если принять высоту ветровой волны равной 2 м, длину — 10 м и расстояние по гребню— 10 м, то по формуле (24) она будет обладать энер­ гией, равной примерно 400 т.

Когда волна встречает препятствие, энергия, заключенная в ней, переходит в энергию удара. Этим объясняется причина того, что волны вызывают большие разрушения.

В трохоидальной теории волн есть некоторые допущения. Про­ филь волны лишь весьма приближенно можно считать трохои­ дой; движение воды рассматривается как движение идеальной жидкости, т. е. жидкости, лишенной сил сцепления и трения; не учитывается воздействие ветровых и волновых течений, турбулент­ ность воздушного потока и т. д. Однако трохоидальная теория хорошо объясняет волновые процессы, происходящие в правиль­ ном волнении.

Внутренние волны. Возникают на поверхности раздела между верхним опресненным слоем воды и нижним, более соленым и, следовательно, более плотным. Это явление известно у судоводи­ телей под названием «мертвой воды». Оно наблюдается около устьев рек или тающих ледяных полей, встречается также в про­ ливах, где бывают противоположные по направлению течения (одно из которых поверхностное, второе глубинное), отличаю­ щиеся степенью солености и температурой.

В районе «мертвой воды» снижается скорость хода' судна. Это объясняется тем, что при движении судно увлекает верхний, ме­ нее плотный слой воды, который скользит над более плотным слоем.

В зоне соприкосновения слоев возникают внутренние волны, на образование которых тратится энергия движения судна.

Внутренние волны возникают также под действием приливооб­ разующих сил, колебаний атмосферного давления, ветра и т. д.

Разновидности волнения. В зависимости от формы волны, как указывалось ранее, различают: рябь, правильное (двухмерное) волнение, трехмерное волнение и зыбь. Кроме этого, имеются еще следующие разновидности волнения.

Т о л ч е я — беспорядочное волнение, создающееся при встре­ че волн различных направлений.

При толчее увеличивается высота и крутизна волны и возрас­ тает сила удара. Волны идут с разных направлений. Судно, по­ павшее в такое волнение, может потерять управляемость.

Б у р у н ы — пенистые массы воды, образующиеся на гребне волны при ее разрушении. Буруны возникают на мелях, когда изза трения волны о дно гребень обгоняет ложбину волны и обру­ шивается перед ней.

В з б р о с ы — столбы воды, вздымающиеся, когда волны на­ бегают на крутой берег.