Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Течения и колебания уровней на водохранилищах и озерах
Течения воды на водохранилищах возникают под воздействием ветра и стока. Нижняя (приплотинная) часть водохранилища имеет небольшую протяженность, в ней находится зона активного стока. Скорости течения в этой зоне повышенные, особенно в период сброса в нижний бьеф весеннего паводка. Приплотинная часть водохранилища глубоководная при любых уровнях воды. Волнение здесь наибольшее по сравнению с другими частями водохранилища, дно не подвергается воздействию волн. Средняя часть водохранилища имеет наибольшую протяженность и слабое течение. Она имеет большие глубины только при высоких уровнях. При понижении уровня глубины над поймой небольшие, волнение сильное, распространяющееся до дна. При нормальных подопорных уровнях условия плавания здесь такие же, как в нижней зоне. Верхняя (речная) часть водохранилища при высоких уровнях представляет собой мелкий водоем. При низких уровнях и сохранившемся небольшом подпоре вода входит в меженное русло. Волнение здесь слабое, глубины небольшие и часто меняются из-за колебаний уровня, русло постоянно переформировывается. Зона выклинивания подпора представляет собой устье главной реки со сложным гидрологическим режимом. Длина подпорного участка, зависящая от колебаний уровня воды в водохранилище распространяется на несколько десятков километров. У перекатов, расположенных в зонах выклинивания подпора, происходит наращивание гребней. При высоких уровнях река несет много наносов и намывает гребни. При низких уровнях будет происходить размыв переката, но этот процесс идет медленнее. Часть отложенных наносов может остаться несмытой вплоть до начала следующего паводка. В зоне выклинивания подпора высота гребней перекатов возрастает на 30—35 см по сравнению с их высотой до создания подпора. Это уменьшает глубины, достигнутые общим подъемом уровня. Глубины в зоне подпора часто меняются, плавание судов затруднительно. Особенно сильные течения на водохранилищах наблюдаются в половодье. В этот период скорость течения в узких местах достигает 1 м/с и более. В центральных зонах водохранилища в половодье скорость течения бывает. 0,5—0,8 м/с, а у берегов—0,3—0,5 м/с. На водохранилищах течения создаются также и при попусках воды. В этом случае в водохранилище, которое является нижним бьефом верхней ГЭС, наблюдаются скорости течения, достигающие нескольких километров в час. В межень попуски, а следовательно скорости течения, меньше. Ветровые течения, называемые дрейфовыми, возникают под влиянием трения воздушного потока о поверхность воды и давления ветра на наветренные склоны волн. Скорость ветрового течения зависит от скорости ветра, продолжительности его действия, скорости и направления предшествующих ветров, от глубины, близости берегов и островов. Обычно скорости течения составляют l—7% от скорости ветра. Например, в нижней зоне Цимлянского и Куйбышевского водохранилищ при ветре силой 8—13 м/с (5—6 баллов) скорость дрейфового течения составляет 0,20—0,35 м/с (0,7—1,2 км/ч). Направления и скорости дрейфовых течений часто меняются, особенно при слабых ветрах. Вблизи берегов на ветровое накладывается течение, возникающее от сгонов и нагонов воды. Течения на озерах возникают под влиянием впадающих и вытекающих рек, вследствие неравномерного нагревания и охлаждения масс воды и под влиянием ветра. На судоходство оказывают влияние лишь постоянные течения, вызываемые реками. Однако скорость этих течений невелика и в редких случаях достигает 1 см/с. Уровни воды на водохранилищах постоянно меняются и зависят во многом от изменения величины естественного притока воды, испарения, сгонов и нагонов под воздействием ветра, сбросов воды в нижний бьеф и потерь ее на фильтрацию. Характерными уровнями водохранилища являются следующие: подпорный уровень ПУ — уровень воды, образующийся в водотоке или водохранилище в результате подпора; нормальный подпорный уровень НПУ — наивысший проектный подпорный уровень верхнего бьефа, который может поддерживаться в нормальных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений; форсированный подпорный уровень ФПУ — подъемный уровень выше нормального, временно допускаемый в верхнем бьефе в чрезвычайных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений. Колебания уровней воды в водохранилищах при регулировании стока составляют несколько метров в год. Обычно в весенний период (в течение двух-трех месяцев) водохранилище наполняется стоком талых вод и уровень воды повышается на несколько метров. В течение лета и зимы происходит сработка воды и снижение уровня, что сказывается на судоходных глубинах. Например, при снижении уровня на З м на Цимлянском водохранилище движение судов в средней части возможно только по фарватеру, в нижней — судоходство возможно даже вне фарватеров. Колебания уровней воды во многом зависят от вида регулирования стока водохранилища и количества поступающей воды при весеннем половодье. В маловодные годы при недостаточном стоке воды с бассейна уровень может быть ниже нормального подпорного уровня. В следующий год водохранилище может не восполнить израсходованную воду и уровень не достигнет прежних отметок. Нагонно-сгонные колебания уровней воды происходят под воздействием ветра. При ветре поверхностное течение приводит к подъему уровня воды у наветренного берега. В результате разности уровней в глубине водоема образуется обратное — компенсационное течение, которое встречает сопротивление дна и поэтому имеет меньшую скорость, чем поверхностное течение. Нагон происходит до тех пор, пока разность в уровнях не усилит компенсационное течение настолько, что между ним и поверхностным течением установится скоростное равновесие и уровень воды получит определенный уклон. У глубоких водоемов с обрывистыми берегами влияние дна на компенсационное течение меньше, чем у мелких, поэтому компенсационное течение у первых водоемов несколько сильнее и скорее приходит в равновесие с поверхностным. Следовательно, у глубоких водоемов величина нагона воды будет меньше, чем у мелководных. Наибольший подъем уровня бывает в начале нагона, когда водная масса еще не приобретает глубинного компенсационного течения. Нагоны особенно велики в узких и мелких заливах, вытянутых по направлению ветра. Величина нагона зависит от силы ветра и характера берега. Например, на Цимлянском водохранилище нагоны у берегов достигают 20—30, а иногда 50—60 см. Нагоны вдоль водохранилища составляют 70—100 см. На Рыбинском водохранилище разность в уровнях у противоположных берегов может достигать 1 м. На приплотинном участке Горьковского водохранилища при нагонных ветрах уровень воды поднимается до 45 см выше НПУ. При ориентировочных расчетах разность уровней, м, зеркала водохранилища при стонах и нагонах можно определить по формуле Л. С. Кускова где D — длина разгона волн, м; Н — средняя глубина водоема в пределах разгона, м; w — скорость ветра на высоте 10 м от поверхности воды, м/с; а—угол между направлением ветра и продольной осью водохранилища, град. Большую опасность для судоходства представляют стоны, которые могут вызвать посадку судов на грунт. Величина стонов может приближенно приниматься равной величине нагонов. При плавании по трассам, проходящим вблизи берегов водохранилища, особенно в верхней его зоне, необходимо учитывать влияние на глубину стонов и нагонов воды.
Колебательные движения всей массы воды в водохранилище или озере называют сейшами. Поверхность воды при этом приобретает уклон то в одну, то в другую сторону. Ось, вокруг которой колеблется поверхность водоема, называется узлом сейши. Сейши могут быть одноузловые (рис. 40, и), двухузловые (рис. 40, б) и т. д.
Рис. 40. Сейши Сейши возникают при резких изменениях атмосферного давления, прохождении грозы, при резких изменениях силы и направления ветра, способных раскачать массу воды. Водная масса, стремясь возвратиться в прежнее положение равновесия, приходит в колебательное движение. Колебания под воздействием трения будут постепенно затухать. Траектории частиц воды в сейшах подобны траекториям, наблюдаемым в стоячих волнах. Чаще всего сейши имеют высоту от нескольких сантиметров до метра. Периоды колебаний сейш могут быть от нескольких минут до 20 ч и более. Например, в приплотинной части Цимлянского водохранилища наблюдаются одноузловые сейши с периодом 2 ч и высотой 5—8 см. Тягун представляет собой резонансные волновые колебания воды в портах, бухтах и гаванях, вызывающие циклические горизонтальные движения судов, стоящих у причалов. Период колебаний воды при тягуне от 0,5 до 4,0 мин. Тягуны создают длиннопериодные стоячие волны, где частицы воды движутся по орбитам узлов. Однако под вершиной и подошвой волны движение их направлено вертикально. Период колебания поверхности воды и скорость движения частиц зависят в основном от конфигурации берегов и глубины бассейна. Порт не является полностью замкнутым бассейном, он сообщается с открытым водоемом или морем сравнительно узким проходом. Любое колебание воды в этом проходе под действием внешних сил вызывает собственные колебания воды в бассейне. Внешними силами могут быть: послештормовая долгопериодная зыбь; барические волны, возникающие после быстрого выхода циклона и антициклона с моря на сушу; внутренние волны, образующиеся под действием штормов в открытом море или озере, которые, приближаясь к мелководью, выходят на поверхность и проникают на акваторию порта. Если период внешней силы близок к периоду собственных колебаний воды портовой акватории, то эти колебания быстро нарастают и достигают наибольшей величины. После прекращения действия внешних сил колебания затухают. В зависимости от того, в какой точке тягуна находится судно, оно испытывает или горизонтальные, или вертикальные перемещения. Если размеры судна и места крепления швартовов таковы, что период его собственных колебаний близок или совпадает с периодом сейш, то возникают сильные резонансные движения. Причем рядом может находиться судно, которое практически не испытывает действие тягуна, так как оно отличается от первого размерами, массой, периодами качки и собственных колебаний. Во время тягунов пассажирские суда вынуждены отходить на рейд, так как стоянка у причалов становится невозможной, а грузовые — прекращать работы. Даже при очень маленьких ускорениях в движении судна возникают ударные силы, способные повредить его корпус. Тягуны воздействуют на суда неодинаково, поэтому судоводители должны знать их особенности в данном порту, период колебаний воды в акватории, а также особенности поведения своего судна при тягуче. При изменении объема воды (прихода и расхода), а также при движении водной массы в озерах происходят колебания уровней воды. Чем больше изменение водного объема, тем больше амплитуда колебаний уровня воды (она может быть от 2—3 см и до нескольких метров). Величина колебаний уровня во многом зависит от площади и характера берегов озера. В течение года в отдельных климатических зонах периоды колебаний уровня бывают различны. В северных широтах наибольшие колебания бывают в начале лета и наименьшие в конце весны. На северо-западе европейской части СССР в течение года максимальные уровни бывают весной и осенью и минимальные — зимой и летом. В озерах средней части Сибири (например, на Байкале) наибольший уровень наступает летом, а наименьший осенью, зимой и весной. В засушливых местностях Северного Казахстана и Прикаспийской низменности наибольшие уровни наблюдаются весной от снеготаяния и наименьшие — летом. Кроме годовых колебаний, у озер различают вековые колебания уровней. Они вызываются изменениями условий питания озер. В связи с колебаниями количества атмосферных осадков, летних температур воздуха, испарения и т. д. иногда несколько лет подряд наблюдаются многоводные или маловодные годы. При тектонических процессах может происходить поднятие или опускание озерной котловины, что также сказывается на уровенном режиме озера. Многолетняя амплитуда колебаний уровней различна и составляет несколько метров. Колебания уровней на озерах вызываются сейшами и сгонами-нагонами воды (причинами появления их те же, что и на водохранилищах). Амплитуда колебаний уровней воды при сейшах составляет несколько сантиметров (например, на Байкале 5—14 см).Сгонь1инагоны воды повышают или понижают от нескольких сантиметров до нескольких метров (например, на Аральском море 2—3 м, на Байкале до 40 см). Приливы на озерах имеют небольшую величину, повышение уровня составляет несколько сантиметров (например, на Байкале 1,5—4 см, на Аральском море 2—3 см),
Date: 2016-02-19; view: 1336; Нарушение авторских прав |