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

П р и б о й — пенистые валы, образующиеся при набегании волн на крутой и приглубый берег, если волна выходит на мелко­ водье, глубина которого является критической, т. е. равной 2—3 h. Волна в этом случае обрушивается, разбивается и образуются бу­ руны. В прибойной волне частицы воды имеют как орбитальное, так и поступательное движение, поэтому плавающие предметы толчками приближаются к берегу и затем выбрасываются на него. В то же время по дну создается обратное движение в сто­ рону моря. Разбитая волна сильно воздействует на сооружения и опасна для них.

Элементы волн и направление их движения могут значитель­ но изменяться при интерференции, рефракции и дифракции.

И н т е р ф е р е н ц и я в о л н — явление, наблюдаемое при на­ ложении их друг на друга, в результате чего волны либо увеличи­ ваются, либо уменьшаются. Интерференция наблюдается при изменении направлений ветра или при отражении волн от отвес­ ных берегов. При интерференции может возникнуть с т о я ч а я волна, профиль которой не перемещается и узловые точки оста­ ются на месте. Стоячие волны опасны для плотов, так как разру­

к берегу ближайшая к нему часть волны расположена на меньшей глубине, поэтому скорость ее продвижения вперед уменьшается, а части волны, расположенные на больших глубинах, продолжа­ ют двигаться с прежней скоростью. В результате волна как бы разворачивается, стремясь стать параллельной берегу. Поэтому, независимо от направления волны в открытой части водоема, к берегу она всегда подходит под небольшим углом.

Д и ф р а к ц и я в о л н — это искривление волн, при котором не происходит изменения скорости и расстояния между гребнями. Дифракция наблюдается у островов и оградительных сооруже­ ний, за поворотами приглубых берегов, на расширениях водоемов.

Наблюдение за волнением с судна. Обычно это — глазомер­ ное определение высоты волны и состояния поверхности водоема или определение элементов волны с помощью подручных средств.

ней части судна, где меньше сказывается качка. Высоту волны можно замерить по борту судна. Для этого замечают последова­ тельное положение подошвы и гребня двух или трех волн.

116

так, чтобы в один и тот же момент они находились против смеж­ ных гребней волн. Расстояние между наблюдателями затем изме­ ряется.

Если длина волны больше длины судна, то с кормы на троси­ ке сбрасывают легкий буек. Тросик потравливают настолько, что­ бы наблюдатель на корме и буек находились на двух смежных гребнях волн. Длина тросика затем измеряется.

При косом набегании волны ее истинная длина находится по* формуле

где г — измеренное расстояние; а— курсовой угол движения волн.

Скорость волны определяется по времени прохождения одного* и того же гребня мимо линий визирования наблюдателей. Период волны определяется по времени последовательного прохождения нескольких гребней.

Расчеты волн. В настоящее время создан целый ряд методоврасчета элементов волнения. Наибольшее применение получили методы А. П. Браславского и Н. А. Лабзовского, но они громозд­ ки и используются для проектных или эксплуатационных расчетов.

Приближенный расчет высоты h и длины К волны для глубо­ ких озер и водохранилищ можно сделать по эмпирическим фор­ мулам В. Г. Андриянова:

В этих формулах:

W — скорость ветра, м/сек\

D — длина водоема по направлению ветра, км.

Для весьма приближенного подсчета ожидаемой высоты вол­ ны (см) на водохранилище можно предложить следующую зави­

В помощь судоводителям составляются атласы волнения. Поль­ зуясь ими, можно быстро определить ожидаемую высоту волн для любой трассы.

Особенности волнения. Волнение на водохранилищах имеет много общего с волнением на море. Волны в водохранилище, как правило, ниже, чем морские, но круче их. У морских волн длина волны больше высоты в 15—40 раз, а у водохранилищных— в- 10— 20.

Высота волн на разных водохранилищах и озерах различна: на Камском водохранилище — до 1,8 м, Горьковском — до 1,7, Ры­ бинском — до 2,5, Куйбышевском — до 3,2, Цимлянском — до 3, на Онежском озере — до 3,9, на озере Байкал — до 3,5 м. Чем мень­ ше водоем, тем ниже на нем и круче волны. На малых озерах вы­ сота волн не превышает 0,5 м.

11 г

На водохранилищах лесной зоны скорость ветра не превышает 20 м/сек, поэтому высота волны достигает здесь лишь 2 м.

Волнение на водохранилище в различных его районах неоди­ наково. Оно зависит от разгона волны, рельефа берега и дна, растительности и т. д.

Кустарник, затопленный на большой глубине в нижней зоне, не мешает развитию волнения; в средней зоне, находясь на глу­ бине 2—3 м, он оказывает тормозящее действие на волны.

Лес, затопленный на дне водохранилища, уменьшает при не­ большой глубине размер волн, создает рефракцию волнения, а иногда толчею.

На мелких озерах и водохранилищах из-за небольшой глуби­ ны при волнении также создается толчея. Она часто возникает при отражении волн от берега.

Когда ветер стихает, волны на водохранилищах быстро исче­ зают, зыби обычно не наблюдается.

Волновой режим аванпорта верхнего бьефа зависит от ориен­ тировки и размеров входа в аванпорт, величины волн, приходя­ щих из водохранилища и создающихся на акватории аванпорта, типа стенок и т. д. Обычно волна в аванпорту не превышает 0,5-—1,0 м. Ширина входа во многих существующих аванпортах

350—400 м.

Волны на акватории аванпорта создаются в результате интер­ ференции местных волн и волн, поступающих с водохранилища. Волны, проникающие в аванпорт, превращаются в длинные и по­ логие волны типа зыби, в удаленных точках аванпорта они ста­ новятся незначительными.

Местные волны аванпорта, как правило, крутые и короткие, высота их 0,5—1 м.

Внизовьях рек, особенно при ветре, дующем против течения, развивается крутая волна высотой 1,5—2 м.

Вморских устьях рек волнение такое же, как в прибрежных морских участках. В устьях рек Амура, Енисея, Оби волны дости­

гают высоты 3 м и более.

§ 24. ЗИМНИЙ РЕЖИМ РЕК

Процесс замерзания. Перед ледоставом на поверхности реки появляется «сало»— мелкие тонкие льдинки, образующиеся в местах со слабым течением, а также на быстром течении, но в

поглощает часть тепла, вызывая охлаждение воды и ускоряя про­ цесс образования льда.

118

тезе переохлажденные на несколько сотых градуса частицы воды и кристаллы льда увлекаются на дно, где, кристаллизуясь, обра­ зуют массы рыхлого льда. Будучи легче воды, донный лед отры­ вается от дна и всплывает на поверхность, давая начало осенне­ му ледоходу. Большие массы этого льда, всплывая на поверх­ ность, иногда увлекают за собой крупные камни, якоря, металли­ ческий лом.

Шуга (жужга, шорох, шерех) представляет собой донный лед, находящийся во взвешенном состоянии или всплывший на поверх­ ность. Иногда за шугу принимают плывущую снежницу.

Шуга — серая губчатая масса рыхлого льда, появляющаяся после наступления морозной погоды. Она сильно затрудняет су­ доходство и опасна, так как, прилипая к корпусу, образует под. днищем большой слой льда. Шуга сгущается с понижением тем­ пературы воздуха. Стоящее судно может примерзнуть к грунту, если шуга заполнит свободное пространство под днищем.

При снижении температуры и увеличении количества шуги из нее образуются льдины, дающие начало осеннему ледоходу. Осенние льдины небольшие, но крепкие, с острыми краями. Они опасны для судов и сооружений, особенно деревянных, так как легко могут их подрезать.

По мере увеличения количества льдин и шуги продвижение их затрудняется. Встретив препятствие, масса льда останавливается и смерзается. Наступает ледостав, быстро распространяющийся пореке.

В осенний период, когда тепловые запасы воды крупных рек велики, образование льда в морских устьях начинается на отме­ лях и барах в местах стыка речной и морской воды. При ледоста­ ве ледяные поля под воздействием течения напирают друг на друга, образуя т о р о с ы — ледяные бугры, идущие поперек реки.

Ледостав и его режим. Поверхностный лед создает дополни­ тельное сопротивление движению речного потока, изменяет его уровень и скорость течения. После ледостава сопротивление внут­ ренней стороны льда движению воды увеличивается, в результате чего пропускная способность живого сечения снижается. В связи с этим уровень поднимается. Вода через трещины выступает на лед. Эту воду называют «черной водой», так как на первом снегу она выглядит черной. Подъем уровня на некоторых реках достигает 2 м. Наибольший подъем бывает в начале ледостава из-за боль­ шой шероховатости ледяного покрова. Затем шероховатость сгла­ живается, и ледяной покров оказывает потоку меньшее сопротив­ ление.

В связи с прибылью воды после ледостава, когда лед еще не­ прочно смерзся с заберегами, может произойти п о д в и ж к а

119'

л ь д а ; при этом все ледяное поле смещается вниз по течению, на­ блюдается большое нагромождение льда. Подвижка продолжает­ ся до тех пор, пока лед окончательно не остановится. Осенние подвижки очень опасны, так как лед может унести целые карава­ ны судов. Чаще всего осенние подвижки льда наблюдаются на Ангаре и Енисее.

При большом скоплении шуги, когда она забивает часть жи­ вого сечения реки, создаются з а ж о р ы , вызывающие значитель­ ный подъем уровня. Зажоры появляются чаще всего на реках или участках рек с быстрым течением: на Ангаре, Неве, Нарве, Аму­ дарье, Свири, Волхове и т. д. Зажорный подъем уровня обычно не превышает 3—4 м (однако известны случаи, когда уровень повышался на 6—7 м) и продолжается полтора-два месяца. Зим­ ние наводнения при зажорах сопровождаются очень тяжелыми по­ следствиями.

На реках с быстрым течением из донного льда образуются ле­ дяные столбы — п я т р ы , расширенная шапка которых выходит на поверхность реки. Пятры прочно скрепляются с дном, выдер­ живая скорость более 3—4 м/сек. Располагаясь рядом и смер­ заясь шапками, пятры могут образовать ледяные плотины и вы­ звать подъем уровня воды.

На некоторых наших южных и европейских реках иногда быва­ ют з и м н и е п а в о д к и (р. Дон). При этом уровень воды под­ нимается на 6—8 м. Лед, не выдерживая напора воды, ломается, и вода устремляется на пойму. Зимние паводки возникают лишь тогда, когда зимой при достаточно высоком снежном покрове на­ ступает сильное потепление и выпадают обильные дожди, которые насыщают снег влагой и ускоряют его таяние. Вода почти не про­ сачивается в мерзлую почву и мощным потоком устремляется в реки, вызывая быстрый подъем уровня.

В зимний период запас грунтовых вод истощается, поэтому уровень воды снижается, а ледяной покров прогибается и у бере­ гов обламывается. В устьях рек, впадающих в моря, в результа­ те приливов и сгонно-нагонных явлений происходят колебания уровня.

Вода, выступающая в период ледостава на поверхность ледя­ ного покрова, замерзает и образует поверхностные н а л е д и . Во­ да также может выступить на лед вследствие оседания его под тяжестью снега, а также из родников и незамерзающих источни­ ков. Большие наледи значительной толщины образуются в устье­ вых участках притоков, которые промерзают до дна. Наледи рас­ пространены на северо-восточных реках. Толщина их может пре­ вышать 5 м.

Выбирая место зимовки, следует избегать участков, где мо­ гут быть наледи, так как они опасны для судов.

В начальный период ледостава между остановившимися ледя­ ными полями образуются полыньи. С наступлением морозов они покрываются ровным чистым льдом. Более устойчивы полыньи, образующиеся в истоках рек, вытекающих из озер, на перекатах

120