Особенности ветрового волнения в прибрежной зоне

Особенности ветрового волнения в прибрежной зоне.

При плавании в прибрежной зоне необходимо учитывать изменение характера волнения и размеров его элементов под воздействием берегов и рельефа дна.

Если берега отвесны и глубина моря у берега боль­ше половины длины волны (H>Л/2), то при подходе к берегу элементы волны практически не изменяются. Но достигая берега, волны отражаются и интерферируют с набегающими вслед волнами. При этом наблюдается то подъем уровня —«всплеск», то понижение его ниже сред­него волнового уровня.

Высота «всплеска» равна примерно удвоенной высоте набегающей волны.

У относительно ровных, малоизрезанных приглубых бе­регов наблюдается частичное разрушение волны, и дав­ление на берег оказывается относительно небольшим. У приглубых изрезанных берегов волна, подходя к побережью, не отражается, а обрушивается на него всей массой.

Давление волны Р может быть приближенно рассчитано по формуле В. В. Шулейкина:

                           Р=0,88*10³т*т                                          (45)

где  Р — давление, Н/м²; т   - период волны, с.

Как показывают результаты измерений, сила ударов волн достигает у берегов океанов порядка 373*10 Н/м², а у побережья морей — около 147*10 Н/м².

Если по мере приближения к берегу глубина моря пос­тепенно уменьшается и недалеко от уреза воды берег об­разует вертикальную стенку, то при подходе волны гребень ее разбивается, образуя взбросы, достигающие иногда высоты в несколько десятков метров.

При обрушивании взброса массы воды ударяются о дно, вы­зывая сильные его разрушения. Это явление известно под названием «Донной» волны и представляет большую угрозу для подмыва портовых сооружений.                               '

Когда ветровые волны или зыбь достигают   в    прибрежной части   моря   области   глубин,   которые   меньше   половины длины волны, начинается де­формация волн под воздейст­вием дна моря. Форма профиля волны и размеры всех ее эле­ментов подвергаются заметно­му изменению. Гребень волны нагоняет предыдущую впадину, и волны теряют свою симмет­ричность. Передний склон вол­ны делается все круче, а впади­на   более   пологой.   При   этом

высокие волны деформируются таким образом, что они уменьшают свою высоту,  а высота низких волн, наоборот, увеличивается.

Средние высоты волновых колебаний при этом мало за­висят от изменения глубины и практически остаются пос­тоянными во всей мелководной зоне, вплоть до области раз­рушения волн. Одновременно наблюдается изменение соотно­шения между высотой гребня волн и полной высотой волны. На глубокой воде высота гребня волны составляет при­мерно половину общей высоты. В прибрежной зоне гребни волны становятся значительно круче, а подошвы положе, чем в открытом море. Эти изменения приводят к тому, что вы­сота гребня по отношению к общей высоте волны увели­чивается по мере продвижения волн к берегу. При /г/Я = 0,75 вы­сота гребня составляет 80 % общей высоты волны.

Длина гребней волн на мелководье увеличивается, а длина и скорость уменьшаются. Период волн при их распространении на мелководье остается практически неизменным.

В  прибрежной  мелководной   полосе  наблюдается  изменение направления движения фронта  волн. Это объясняется тем, что волны на малых глубинах имеют скорость распространения мень­шую,  чем  на   больших,  вследствие  чего  часть  длинного  греб­ня волны, находящегося ближе к берегу, отстает от более мо­ристой   его   части    (рис.   57).   Такое   явление   изменения   нап­равления движения волн на мелководье называется рефракцией.   Когда деформированная волна выходит на глубины порядка 1,5 высоты волны, начинается ее полное разрушение. Оно прояв­ляется    в   том,    что    передний    склон    гребня    становится    со­вершенно    отвесным,    а    затем,    потеряв    под    собой    основа­ние, опрокидывается и массы воды устремляются на берег.

По   данным   Ю.   М.   Крылова   перед   моментом   разрушения

длина и скорость ветровых  волн  убывают соответственно  пропорционально  корню  четвертой   и   второй   степени  от  глубины.

Период и высота увеличиваются обратно пропорционально корню четвертой степени от глубины.

       Если волна подходит к отмелому берегу и начинает разру­шаться, то такое явление на­зывается прибоем. При этом наблюдаются две линии опро­кидывания гребней (зоны забурунивания): первая на линии резкого изменения глубины и вторая приблизительно у уреза воды.

При прибое значительные массы воды переносятся в сто­рону суши, при этом часть во­ды стекает в море в виде при­донного  течения.   Кроме  того, если прибойные волны выходят косо на берег, возникает так на­зываемое «вдольбереговое» течение, которое на отдельных участ­ках берега накапливает большие массы воды и затем в виде очень сильных «разрывных» течений направляется в сторону моря.

Прибойный поток и возникающие течения приводят к тому, что в прибойной зоне возникают силы, действующие в раз­личных направлениях и уровнях (рис. 58). В зависимости от величины и направления этих сил в зоне прибоя воз­никают опрокидывающийся и переворачивающийся моменты, воздействующие на плавсредства, оказавшиеся в зоне прибоя. Вот почему плавание в прибрежной мелководной зоне и высад­ка на берег во время прибои бывают весьма затрудни­тельны, а порой и невозможны.

Если волны разрушаются у отдельных подводных или над­водных каменных гряд или отмелей, наблюдается явление бурунов. Они особенно опасны при ветровом волнении, когда все пространство моря покрыто волнами с пенистыми бараш­ками и буруны практически сливаются с общим видом взвол­нованной поверхности моря. Буруны обычно четко выделяют­ся на фоне зыби.

Ветровое волнение в мелководном море имеет характер­ные особенности. Во-первых, после начала действия ветра очень быстро волны достигают своих максимальных значений. Так, например, на Азовском море, максимальная глубина которого всего 14 м, при ветре 20 м/с волны достигают своих мак­симальных значений через 0,9 ч после действия ветра.

Во-вторых, при любом, даже очень сильном ветре, волны мел­кого моря никогда не достигают таких огромных размеров, как в океанах и глубоководных морях во время длительных штормов.

   В-третьих, волны мелкого моря отличаются значительной крутизной. И наконец, в-четвертых, по прекращению действия ветра волнение в мелком море быстро затухает.