Особенность ветрового волнения в прибрежных зонах

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 де-формация 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 воз-никают 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 взвол-нованной 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 мак-симальных 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.