Ogólne wiadomości z teorii fal wiatru. Metody obliczania elementów fal wiatru Co to jest stała fala wiatru

Klasyfikacja fal morskich.

Plan

Wykład nr 4. Temat. Fale morskie

UDC: 656.62.052.4:551.5 (075) Kuzniecow Yu.M. dr, profesor nadzwyczajny,

Dział „Nawigacja”

1. Klasyfikacja fal morskich.

2. Elementy fal.

3. Oglądanie fal.

W wyniku oddziaływania na wody oceanów i mórz różnych sił natury powstają ruchy oscylacyjne i translacyjne cząstek wody.

Pod falami morskimi rozumie się tę formę okresowego, ciągle zmieniającego się ruchu, w którym cząsteczki wody oscylują wokół swojego położenia równowagi.

Fale morskie są klasyfikowane według różnych kryteriów:

Pochodzenie rozróżnij następujące rodzaje fal:

Wiatr, powstały pod wpływem wiatru,

Pływy, powstające pod wpływem przyciągania Księżyca i Słońca,

anemobaryczne, powstające, gdy poziom powierzchni morza odchyla się od położenia równowagi, do czego dochodzi pod wpływem wiatru i zmian ciśnienia atmosferycznego,

Sejsmiczne (tsunami) wynikające z podwodnych trzęsień ziemi i erupcji podwodnych lub przybrzeżnych wulkanów,

Statek, powstały podczas ruchu statku.

Zgodnie z siłami dążącymi do przywrócenia cząsteczki wody do położenia równowagi:

fale kapilarne (fale),

Grawitacyjny.

Zgodnie z działaniem siły po utworzeniu fali:

Wolny (przemoc ustała),

Wymuszony (działanie siły nie ustało.

Przez zmienność elementów w czasie:

Rozstrzygnięte (nie zmieniać ich elementów),

Niestałe, rozwijające się, zanikające (zmieniające się w czasie).

Według lokalizacji w słupie wody:

Powierzchnia, powstająca na powierzchni morza ,

Wewnętrzne, powstające na głębokości.

według formularza:

Dwuwymiarowe, przedstawiające długie równoległe wały następujące jeden po drugim,

Trójwymiarowe, nie tworzące równoległych wałów. Długość grzbietu jest proporcjonalna do długości fali (fal wiatru),

Samotny (pojedynczy), mający tylko wypukły grzebień bez podstawy fali.

Stosunek długości fali do głębokości morza:

Krótki (długość fali jest znacznie mniejsza niż głębokość morza),

Długi (długość fali jest znacznie większa niż głębokość morza).

Przesuwając przebieg:

Translacyjny, charakteryzujący się widocznym ruchem profilu fali Cząsteczki wody poruszają się po orbitach kołowych.

Stojąc (seisha), nie poruszaj się w przestrzeni. Cząsteczki wody poruszają się tylko w kierunku pionowym. Seichy występują, gdy poziom wody podnosi się na jednym końcu zbiornika wodnego i jednocześnie spada na drugim, zwykle po ustaniu wiatru.

W małych akwenach (w porcie, zatoce itp.) podczas przepływu statków może wystąpić seiche.

Najczęściej na morzach i oceanach nawigatorzy mają do czynienia z falami wiatru, które powodują kołysanie statku, zalewają pokład, zmniejszają prędkość, a w przypadku silnego sztormu powodują uszkodzenia prowadzące do śmierci statku.

Fale wiatru dzielą się na trzy główne typy:

wiatr- to podniecenie, które tworzy wiatr wiejący w danym miejscu w danym momencie. Wraz z osłabieniem lub całkowitym ustaniem wiatru podniecenie zamienia się w falę.

Puchnąć- jest to fala, która rozchodzi się na zasadzie bezwładności w postaci fal swobodnych po osłabieniu lub ustaniu wiatru. Fala, która rozprzestrzenia się podczas ciszy, nazywana jest martwą falą. Fale wezbrane są zwykle dłuższe niż fale wiatru, łagodniejsze i mają prawie symetryczny kształt. Kierunek falowania może różnić się od kierunku wiatru i często falowanie rozchodzi się w kierunku wiatru lub pod kątem prostym do niego.

Surfować- Są to fale utworzone przez fale wiatru lub fale w pobliżu wybrzeża. Fale rozciągające się od głębokiej wody otwartego morza w kierunku wybrzeża w płytkiej wodzie ulegają transformacji. Fale trójwymiarowe zamieniają się w dwuwymiarowe, mające postać długich, równoległych do siebie grzbietów.Wzrasta ich wysokość, stromość i siła niszcząca.Siła uderzenia załamującej się fali może dochodzić do 90 t/m 2 . W strefie przyboju występują momenty przewracające i wywracające, które są niebezpieczne dla jednostek pływających.

Dlatego żegluga w płytkiej strefie przybrzeżnej i lądowanie tutaj jest bardzo trudne, niebezpieczne, a czasem wręcz niemożliwe.

Ostrzeżenia podwodne mogą być wyłączniki.

Łamacz to zjawisko, gdy fale wywracają się i rozbijają o mielizny, brzegi, rafy i inne wzniesienia dna.

Jednym z rodzajów fali jest tłum - jest to spotkanie fal z różnych kierunków, w wyniku czego tracą one określony kierunek ruchu i są przypadkowymi falami stojącymi.

Każda fala charakteryzuje się pewnymi elementami, takimi jak:

Herb fale - część fali znajdująca się powyżej poziomu spokoju.

Wierzchołek fale - najwyższy punkt grzbietu fali.

Dziurawy fale - część fali znajdująca się poniżej poziomu spokoju.

Fale charakteryzują się następującymi elementami (ryc. 1):

Ryż. 1 Elementy fali

Podeszwa - najniższy punkt zagłębienia fali;

Wysokość H- pionowa odległość od dołu do góry fali;

Długość λ - pozioma odległość między wierzchołkami dwóch sąsiednich grzbietów;

Stromość - stosunek wysokości fali do jej długości ();

Okres τ - odstęp czasu między przejściem dwóch sąsiednich wierzchołków przez ten sam stały punkt;

Przód - linia przechodząca wzdłuż grzbietu danej fali; linia prostopadła do czoła fali nazywana jest wiązką falową;

Szybkość propagacji C - odległość przebyta przez określony punkt fali w jednostce czasu;

Kierunek propagacji - kąt mierzony od północy w kierunku ruchu fal (lub loksodromy prawdziwej, skąd przemieszczają się fale).

Na podstawie hydrodynamicznej teorii fal uzyskuje się wzory odnoszące się do poszczególnych elementów falowania w wodzie głębokiej (gdy głębokość morza >);

Z= 1,56 τ,

X = 0,64 Z 2 ,

τ = 0,64 Z,

Wysokość fali jest mierzona bezpośrednio lub określana w przybliżeniu za pomocą specjalnego nomogramu.

Ustalono, że wraz z głębokością fale szybko opadają i rozchodzą się na głębokości równe długości fali. Tak więc na głębokości równej połowie długości fali wysokość fali jest 23 razy mniejsza niż na powierzchni, a na głębokości równej długości fali 535 razy.

W nawigacji należy pamiętać, że duże fale powstają, gdy przez długi czas wieje bardzo silny wiatr o stałym kierunku

(więcej niż jeden dzień), w basenach o znacznej wielkości i głębokości, a w strefie przybrzeżnej na tworzenie się fal, oprócz głębokości, duży wpływ ma konfiguracja linii brzegowej i kierunek wiatru względem wybrzeża (wiatr od wybrzeża lub od morza).

Badanie przebiegu fal wiatru jest interesujące nie tylko z punktu widzenia nauk podstawowych, ale także z punktu widzenia praktycznych potrzeb, takich jak np. Około 80% potwierdzonych zasobów ropy naftowej i gazu ziemnego koncentruje się na dnie oceanów i mórz, a budowa platform morskich i wiercenia na morzu wymagają wiarygodnych danych na temat reżimu fal wiatrowych. Znajomość granicznych wielkości fal w różnych akwenach Oceanu Światowego jest również niezbędna do zapewnienia bezpieczeństwa żeglugi w tych miejscach.

Fale wiatru to zjawisko, które objawia się na powierzchni każdego akwenu. Skala tego zjawiska dla różnych zbiorników będzie różna. Leonardo da Vinci napisał kiedyś: „...fala biegnie z miejsca swojego pochodzenia, ale woda nie rusza się ze swojego miejsca. Jak fale utworzone w maju na polach przez bieg wiatrów, fale wydają się przebiegać przez pole, tymczasem pola nie opuszczają swojego miejsca. Ta cecha fal wiatrowych

194_______________________ Rozdział 10 Fale w oceanie __________________________

ma ogromne znaczenie praktyczne: gdyby wraz z formą, tj. falą, poruszała się również masa, tj. woda, to ani jeden statek nie mógłby poruszać się pod falami. Fale wiatru są zwykle podzielone na trzy typy:

Fale wiatru, które są pod bezpośrednim
działanie wiatru;

Fale wezbrane, które obserwuje się po ustaniu wiatru
ra lub po wyjściu fal ze strefy działania wiatru;

Mieszane falowanie, gdy fale wiatru nakładają się na fale fal

Ponieważ wiatry nad oceanami i morzami, zwłaszcza w umiarkowanych szerokościach geograficznych, mają zmienną prędkość i kierunek, fale wiatru są przestrzennie niejednorodne i znacznie zmienne w czasie. W tym przypadku pola fal są jeszcze bardziej niejednorodne niż pola wiatru, ponieważ fale mogą docierać do jednego lub drugiego regionu jednocześnie z różnych (różnie położonych) stref generowania.

Jeśli uważnie przyjrzysz się wzburzonej powierzchni morza, możesz dojść do wniosku, że fale zastępują się nawzajem bez widocznej regularności - po dużej fali może przyjść jeszcze większa, a może bardzo mała fala; czasami kilka dużych fal przychodzi z rzędu, a czasami między falami znajduje się obszar prawie spokojnej powierzchni. Duża zmienność konfiguracji wzburzonej powierzchni morza, zwłaszcza w przypadku fal mieszanych (a jest to najczęstsza sytuacja) skłoniła słynnego angielskiego fizyka Lorda Thomsona do stwierdzenia, że „…podstawowym prawem fal wiatrowych jest pozorny brak jakiegokolwiek prawa”. I rzeczywiście, do chwili obecnej nie możemy z całą pewnością przewidzieć kolejności naprzemiennych poszczególnych fal, nawet na podstawie którejkolwiek z cech, na przykład wysokości, nie mówiąc już o innych cechach, takich jak kształt grzbietów i dolin itp.

Po dodaniu dwóch oscylacji harmonicznych, których częstotliwości są wystarczająco bliskie, powstaje oscylacja nieharmoniczna, zwana uderzeniem, która charakteryzuje się okresową zmianą natężenia z częstotliwością równą różnicy między oddziałującymi oscylacjami (ryc. 10 2). Coś podobnego obserwuje się w falach wiatru. Ponieważ fale docierają do dowolnego obszaru z różnych stref, a ich częstotliwości mogą być

Ch. 10. Fale w oceanie 197

Słynie południowo-wschodnie wybrzeże Afryki – tutaj silne wiatry rozpraszają duże fale, fale napływające z południa, a Prąd Północny – wszystko to stwarza niezwykle trudne warunki do pływania. Bartolomeo Dias, którego wyprawa była już wspomniana, w tym rejonie oceanu przez dwa tygodnie opierał się silnemu podnieceniu i według legendy zaprzedał duszę diabłu, aby przejść przez to miejsce. W tamtym czasie to pomógł. Dias minął to miejsce, nazwał je Przylądkiem Burz, ale dwa lata później tam zmarł. Portugalski król Joan II przemianował Przylądek Burz na Przylądek Dobrej Nadziei, gdyż za nim czaiła się nadzieja na dotarcie drogą morską do Indii. Z tą peleryną wiąże się geneza legendy o „Latającym Holendrze”. To tutaj obserwuje się pojedyncze fale zabójcze, które powstają w wyniku interakcji fal i prądów. Fale te reprezentują strome falowanie wody, mają bardzo strome zbocze czołowe i dość łagodne koryto. Ich wysokość może przekraczać 15-20 m, podczas gdy często występują na stosunkowo spokojnych morzach. Fale w tym rejonie stanowią poważne zagrożenie dla nowoczesnych statków. Duże zagrożenie stanowią również fale w tropikalnych huraganach i tajfunach.

Nauka o falach powstała i rozwijała się jako jeden z działów hydrodynamiki klasycznej aż do lat 50. XX wieku. praktycznie nie zaczął opisywać tak złożonego zaburzenia, jak falowanie wiatru na powierzchni zbiorników. Stopień pobudzenia oceniano głównie naocznie w skali Beauforta (tab. 10.3).

Na początku XX wieku. wraz z przejściem z floty żaglowej na flotę parową liczba wypadków i strat statków nieco spadła (statków było 250-300 rocznie, było ich około 150), a przy określaniu bezpieczeństwa żeglugi pojawiło się niedoszacowanie sił natury. Wśród stoczniowców początku XX wieku. panowała opinia, że „siły żywiołów poddają się przed nowymi trwałymi statkami”. Ta opinia kosztowała życie wielu żeglarzy. Fale morskie są dość groźnym zjawiskiem natury, a przyroda nie toleruje zaniedbań i często mści się na ludziach, inicjując w ten sposób pragnienie ludzi do lepszego i głębszego zrozumienia jej praw.

w tabeli. Tabela 10.4 przedstawia liczbę statków utraconych w wyniku sztormów i innych niekorzystnych warunków hydrometeorologicznych, związanych głównie z wzburzonym morzem, w okresie od 1975 do 1979 r. Ta próba dotyczy tylko stosunkowo dużych statków handlowych (powyżej 500 ton rejestrowych). Liczbę wypadków na mniejszych statkach w tym samym okresie określa liczba czterocyfrowa. Stało się jasne, że

Ch. 10. Fale w oceanie 199

Do pomiaru fal najczęściej wykorzystuje się akcelerometryczne rejestratory fal bojowe działające na zasadzie echosondy akustycznej oraz rejestratory fal hydrostatycznych. Rejestratory fal zwykle mierzą średnią i maksymalną wysokość fal, średni okres i długość fali, widmo częstotliwości fal.

W akcelerometrycznym rejestratorze fal elementy falowe są wyznaczane przez podwójne całkowanie sygnału odbieranego z czujnika akcelerometrycznego. Najpopularniejsze rejestratory fal zagranicznych są ułożone zgodnie z tą zasadą. Zasada działania rejestratorów hydrostatycznych polega na powiązaniu oscylacji hydrostatycznych na określonej głębokości z charakterystyką oscylacji powierzchni fali.

Echolokacja jest wykorzystywana przy sondowaniu chwilowych wartości wzniesienia lustra wody z swobodnie pływającej lub zacumowanej boi (echosonda bezpośrednia). Rejestratory fal, których zasada działania opiera się na odwrotnej echolokacji, wykonują sondowanie granicy faz woda-powietrze spod wody.

Radary z syntetyczną aperturą, wysokościomierze instalowane na satelitach, umożliwiają pomiar głównych cech fal wiatru. Metody zdalne pozwalają na uzyskanie charakterystyki fal wiatru na dużych obszarach. Na podstawie takich pomiarów powstają nowoczesne atlasy fal wiatrowych. Wgląd w dane Wave można uzyskać na stronie http://www.waveclimate.com.

Jak pokazała historia rozwoju naszej fundamentalnej wiedzy o falach, konieczny jest ścisły związek między badaniami teoretycznymi, eksperymentalnymi i terenowymi.

Wiatr jest najważniejszym parametrem, od którego zależy geometryczna charakterystyka fal. Jednak przy stałym i dość długim wietrze średnia charakterystyka fal wzrasta wzdłuż ścieżki ich propagacji, gdy są one pod działaniem wiatru. Ta ścieżka nazywana jest długością przyspieszenia wiatru lub po prostu przyspieszeniem. Trudności z obserwacją fal morskich i rejestracją ich w warunkach naturalnych zmusiły naukowców do zwrócenia się w stronę laboratoryjnego modelowania fal wiatru. We wczesnych latach badań fal morskich modelowanie laboratoryjne było prawie jedynym źródłem ilościowej charakterystyki fal. Źródło to okazało się jednak bardzo ograniczone – a oto dlaczego. Główną trudnością w laboratoryjnym modelowaniu fal jest zapewnienie odpowiednio dużego przyspieszenia fali, czyli konieczność posiadania długich koryt. Średnie parametry fali zwykle zmieniają się w czasie i

208_______________________ Ch. 10. Fale w oceanie __________________________________________

w tym przypadku każda składowa widmowa osiąga maksimum, następnie maleje do minimum i ostatecznie osiąga wartość równowagi. Efekt ten nazywany jest efektem przeregulowania. Został zidentyfikowany poprzez pomiary w warunkach naturalnych i laboratoryjnych. Przednia część widma powstaje w wyniku wykładniczego rozwoju jego składowych oraz mechanizmu nieliniowej redystrybucji energii pomiędzy składowymi widma. Równanie bilansu energii wiatru jest szczegółowo omówione w monografiach.

Najbardziej znanym i zbadanym rodzajem długich fal są pływy. Pływy są powodowane przez siły grawitacyjne (twórcze przypływów) Księżyca i Słońca. W oceanach i morzach pływy przejawiają się w postaci okresowych wahań poziomu lustra wody i prądów. Ruchy pływowe występują również w atmosferze, a deformacje pływowe na stałej Ziemi, ale tutaj są mniej wyraźne niż w oceanie.

W strefach przybrzeżnych wielkość wahań poziomu sięga 5-10 m. Maksymalne wartości wahań poziomu osiągane są w Zatoce Fundy (Kanada) - 18 m. U wybrzeży Rosji najwyższy przypływ obserwuje się w zatoce Penzhina - 12,9 m. Prędkość prądów pływowych w strefie przybrzeżnej osiąga 15 km / h. Na otwartym oceanie wahania poziomu i prędkości prądów są znacznie mniejsze.

Siła pływowa Księżyca jest około dwa razy większa niż Słońca. Pionowe składowe siły pływowej są znacznie mniejsze niż siła grawitacji, więc ich wpływ jest pomijalny. Ale pozioma składowa siły pływowej powoduje znaczne ruchy cząstek wody, które objawiają się w postaci przypływów.

Połączone działanie Księżyca i Słońca prowadzi do powstawania złożonych form fluktuacji poziomów. Istnieją następujące główne rodzaje pływów: półdzienne, dzienne, mieszane, anomalne. Podczas przypływu półpołudniowego okres oscylacji powierzchni wody jest równy połowie dnia księżycowego. Amplituda przypływu półpołudniowego zmienia się w zależności od faz księżyca. W oceanach najczęściej występuje przypływ półpołudniowy. Okres wahań poziomu w przypływie dziennym jest równy dniom księżycowym. Amplituda dziennego przypływu zależy od deklinacji księżyca. Pływy mieszane dzielą się na nieregularne półpołudniowe i nieregularne dzienne. anomalne pływy

Ch. 10. Fale w oceanie 209

Mają kilka odmian, ale wszystkie są dość rzadkie w oceanach.

W praktyce morskiej prognoza (lub wstępne obliczenie) poziomów pływów ma ogromne znaczenie. Przewidywanie pływów opiera się na analizie harmonicznej obserwacji wahań poziomu. Po wyodrębnieniu głównych składowych harmonicznych na podstawie danych obserwacyjnych poziom jest obliczany w przyszłości. Najbardziej kompletna harmoniczna ekspansja potencjału przypływowego, przeprowadzona przez A. Dudsona, zawiera ponad 750 elementów. Metody przewidywania pływów są szczegółowo omówione w.

Pierwsza teoria pływów została opracowana przez I. Newtona i nazywa się statyczną. W teorii statycznej uważa się, że ocean pokrywa całą Ziemię, która jest uważana za nieodkształcalną, woda jest uważana za nielepką i pozbawioną inercji. W przypadku oceanu pokrywającego całą Ziemię przypływ statyczny jest opisywany przez potencjał pływowy z dokładnością do stałego współczynnika. Powierzchnię wody oceanu opisuje tzw. „elipsoida pływowa”, której główna oś skierowana jest na zaburzające światło (Księżyc, Słońce) i podąża za nim. Ziemia obraca się wokół własnej osi i wewnątrz tej „elipsoidy pływowej”. Teoria statyczna, pomimo słabości podstawowych założeń, poprawnie opisuje podstawowe właściwości pływów.

Bardziej doskonałą dynamiczną teorię pływów, która uwzględnia już ruch fal w oceanie, stworzył Laplace. W teorii dynamiki równania ruchu i równanie ciągłości są zapisywane w postaci równań pływów Laplace'a. Równania pływów Laplace'a to równania różniczkowe cząstkowe zapisane w sferycznym układzie współrzędnych, więc ich rozwiązanie analityczne można uzyskać tylko dla przypadków idealnych, takich jak wąski głęboki kanał otaczający całą Ziemię (tzw. teoria pływów kanałowych). W przypadku małych obszarów wodnych równania pływów Laplace'a można zapisać w kartezjańskim układzie współrzędnych. Wyniki obliczeń pływów w Oceanie Światowym prezentowane są w postaci specjalnych map, na których naniesione jest położenie grzbietu fali pływowej w różnych momentach (zwykle księżycowych). Nowoczesne wykresy pływów budowane są w oparciu o metody numeryczne, z uwzględnieniem danych obserwacyjnych.

210 Ch. 10 Fale w oceanie

Teoria długich fal opiera się na założeniu, że głębokość cieczy H jest mała w porównaniu z długością fali A, tj. ^> N. Teoria fal długich opisuje zjawiska pływów, fale tsunami, a także fale wiatru i fale rozchodzące się w płytkiej wodzie. Do fal długich zalicza się również fale powodziowe i bory obserwowane na zbiornikach wodnych i rzekach.

amplituda fali długiej A znacznie mniejsze niż ich długość A th można opisać za pomocą teorii liniowej. Jeśli te warunki nie są spełnione, wówczas należy uwzględnić efekty nieliniowe.

Tsunami dosłownie oznacza po japońsku „dużą falę w porcie”. Tsunami są powszechnie rozumiane jako fale grawitacyjne powstające w morzu w wyniku krótkotrwałych zaburzeń o dużej skali (podwodne trzęsienia ziemi, podwodne wulkany, podwodne osuwiska, wpadające do wody meteoryty, odłamki skał, eksplozje w wodzie, gwałtowna zmiana warunków meteorologicznych itp.).

Charakterystyczny czas trwania fali tsunami wynosi 10–100 min; długość - 10-1000 km; prędkość propagacji L™Am,m ..

przyspieszenie grawitacji, jestem głębią a wysokość podczas wybiegu może sięgać kilkudziesięciu metrów. Fale te są bardzo długie, w pierwszym przybliżeniu ma do nich zastosowanie teoria „płytkiej wody”.

Pod względem liczby zgonów rocznie w wyniku klęsk żywiołowych na Ziemi tsunami plasują się na 5. miejscu po powodziach, tajfunach, trzęsieniach ziemi i suszach. Rozmieszczenie tsunami w regionach charakteryzuje się dużą niejednorodnością; główna liczba tsunami występuje w morzach Oceanu Spokojnego.

Rozmieszczenie tsunami w oceanach i morzach charakteryzuje się następująco:

Ocean Spokojny (jego peryferia) 75%

I Ocean Atlantycki 9%

Ocean Indyjski 3%

Morze Śródziemne 12%

inne morza 1%

Aby uzyskać wyobrażenie o tsunami, przedstawiamy w tabeli charakterystykę największych tsunami w okresie stuletnim (1880-1980). 10 6.

Aby sklasyfikować tsunami, akademik S.L. Sołowiew zaproponował skalę półilościową (opartą na analizie historycznych tsunami), która opiera się na wysokości wzrostu poziomu.

katastrofalne tsunami(intensywność 4). Średni wzrost poziomu na odcinku wybrzeża o długości 400 km (i więcej) sięga 8 m. Fale w niektórych miejscach osiągają wysokość 20-30 m. Wszystkie konstrukcje na wybrzeżu są zniszczone. Takie tsunami występują wzdłuż całego wybrzeża Pacyfiku.

Bardzo silne tsunami(intensywność 3). Na brzegu o długości 200-400 km poziom wody podnosi się o 4-8 m, miejscami do 11 m. Takie tsunami obserwuje się w większości oceanów.

Silne tsunami(intensywność 2). Na wybrzeżu o długości 80-200 km średni wzrost poziomu wody wynosi 2-4 m, miejscami 3-6 m.

umiarkowane tsunami(intensywność 1). Na obszarze 70-80 km poziom wody podnosi się o 1-2 m.

Słabe tsunami(intensywność 0). Wzrost poziomu poniżej 1 m.

212 Ch. 10 Fale w oceanie

Inne tsunami mają intensywność od -1 do -5.

Im silniejsze tsunami, tym rzadziej występują. Tsunami o intensywności 4 występują raz na 10 lat, a na Oceanie Spokojnym; intensywność 3 - raz na 3 lata; intensywność 2 - 1 raz na 2 lata; intensywność 1 - 1 raz w roku; intensywność 0 - 4 razy w roku.

Głównymi przyczynami tsunami są trzęsienia ziemi, wybuchy wysp wulkanicznych oraz erupcje podwodnych wulkanów, osuwiska i osuwiska. Rozważmy pokrótce te powody osobno.

Około 85% tsunami jest spowodowanych przez podwodne trzęsienia ziemi. Wynika to z aktywności sejsmicznej wielu obszarów oceanicznych. Rocznie występuje średnio 100 000 trzęsień ziemi, z których 100 ma charakter katastrofalny. Średnio raz na 10 lat trzęsienie ziemi powoduje tsunami na Oceanie Spokojnym o (średniej) wysokości do 8 m (miejscami do 20-30 m) (intensywność 4). Tsunami o wysokości 4-8 m (pochodzenia sejsmicznego) występuje co 3 lata, o wysokości 2-4 m - rocznie.

Na Dalekim Wschodzie (FR) od 10 lat występują 3-4 tsunami o wysokości ponad 2 m. Najtragiczniejsze tsunami w Rosji miało miejsce 4 listopada 1952 r. w Siewiero-Kurilsku. Miasto zostało prawie całkowicie zniszczone. Trzęsienie ziemi rozpoczęło się w nocy, około 40 minut po jego zakończeniu, na miasto zawalił się szyb wodny, który cofnął się po kilku minutach. Dno morskie było odsłonięte na kilkaset metrów, ale po około 20 minutach w miasto uderzyła fala o wysokości ponad 10 metrów, która zniszczyła prawie wszystko na swojej drodze. Po odbiciu się od otaczających miasto wzgórz, fala wtoczyła się na nizinę, gdzie kiedyś znajdowało się centrum miasta, i dopełniła zniszczenia. Tsunami zaskoczyło mieszkańców miasta.

Na Ziemi występują dwie strefy źródeł trzęsień ziemi. Jeden znajduje się w kierunku południkowym i biegnie wzdłuż wschodnich i zachodnich wybrzeży Oceanu Spokojnego. Ta strefa daje większość tsunami (do 80%). Druga strefa źródeł trzęsień ziemi zajmuje położenie równoleżnikowe - Apeniny, Alpy, Karpaty, Kaukaz, Tien Shan. W obrębie tej strefy tsunami występują na wybrzeżach Morza Śródziemnego, Adriatyku, Arabskiego, Czarnego, w północnej części Oceanu Indyjskiego. Mniej niż 20% wszystkich tsunami występuje w tej strefie.

Mechanizm generowania tsunami podczas trzęsień ziemi jest następujący. Głównym powodem jest szybka zmiana rzeźby dna morskiego

Ch. 10 Fale w oceanie 213

(przesunięcie), powodujące odchylenia powierzchni oceanu od położenia równowagi. Ze względu na małą ściśliwość wody w obszarze ruchu następuje gwałtowne obniżenie lub podniesienie znacznej masy wody. Powstałe w ten sposób zaburzenia rozchodzą się w postaci długich fal grawitacyjnych.

Do ilościowego opisu trzęsień ziemi wykorzystuje się intensywność i wielkość. Intensywność ocenia się w punktach (12-punktowa skala MSK-64). (Japonia ma 7-stopniową skalę). Punkt - jednostka miary drgań gruntu, gleba. Główną cechą determinującą intensywność jest reakcja gleb na fale sejsmiczne. Energia trzęsienia ziemi jest określana przez wielkość M.

Najważniejszym zadaniem w przewidywaniu tsunami pochodzenia sejsmicznego jest ustalenie oznak tsunamigenności trzęsień ziemi. Obecnie uważa się, że jeśli wielkość trzęsienia ziemi przekroczy pewną wartość progową Mn, źródło znajduje się pod dnem morskim, wówczas trzęsienie ziemi będzie miało charakter tsunamigeniczny.

W przypadku Japonii zaproponowano wzory empiryczne odnoszące się do wielkości trzęsień ziemi spowodowanych tsunamigenem i głębokości źródła H(w kilometrach):

Nie więcej niż 0,1 energii uwolnionej podczas trzęsienia ziemi jest przekształcane w energię tsunami.

W wyniku analizy danych terenowych ustalono następujące właściwości źródła trzęsień ziemi o charakterze tsunamigennym. Energia rozchodzi się głównie wzdłuż normalnej do głównej osi źródła. Stopień orientacji zależy od wydłużenia ogniska. Ośrodki dużych tsunami są z reguły silnie wydłużone. Ich osie zorientowane są równolegle do najbliższego wybrzeża, depresji lub łuku wyspy, więc główne źródło energii skierowane jest w stronę morza. Stosunek amplitudy fali wzdłuż uskoku do amplitudy fali w kierunku prostopadłym do uskoku wynosi w przybliżeniu 1/10-1/15. Potwierdzają to oddzielne pomiary, na przykład tsunami wywołane trzęsieniem ziemi na Alasce w 1964 r., którego fale zarejestrowano w kilku stacjach sejsmicznych na Oceanie Spokojnym. Umożliwiło to skonstruowanie wystarczająco szczegółowego wzorca promieniowania tsunami.

Podwodne trzęsienia ziemi powodują nie tylko fale tsunami, mogą powodować silne perturbacje warstwy wody w rejonie epicentralnym, co może objawiać się gwałtownym wzrostem wymiany pionowej w oceanie. Pionowy

214 Rozdział 10 Fale na oceanie

Wymiana prowadzi do transformacji pól temperatury, zasolenia i koloru oceanu. Uwolnienie głębokich wód na powierzchnię doprowadzi do powstania ogromnej anomalii temperatury powierzchni oceanu. Usuwanie biogenów do warstwy powierzchniowej, która zwykle jest w te substancje zubożona, prowadzi do wzrostu koncentracji fitoplanktonu. Ponieważ fitoplankton jest głównym ogniwem w łańcuchu troficznym i decyduje o bioproduktywności wód, możliwe są zjawiska takie jak migracje ryb, zwierząt morskich itp. Bezpośrednio nad regionem epicentralnym obserwuje się silne perturbacje warstwy wody, objawiające się kipieniem wody, wyrzutami słupów wody oraz powstawaniem stromych fal stojących o amplitudzie dochodzącej do 10 m. Wśród żeglarzy zjawisko to znane jest jako trzęsienie ziemi. W wyniku analizy danych satelitarnych temperatury powierzchni oceanu oraz danych sejsmicznych ujawniono spadek temperatury powierzchni oceanu i wzrost stężenia chlorofilu „a”, który nastąpił po serii silnych podwodnych trzęsień ziemi w rejonie wyspy Sulawesi (Indonezja, 2000). Seria eksperymentów laboratoryjnych pozwoliła ustalić, że oscylacje dna basenu mogą prowadzić do generowania przepływów pionowych, które mogą zniszczyć istniejące stabilne rozwarstwienie i doprowadzić do uwolnienia zimnych i bogatych w składniki odżywcze wód głębinowych na powierzchnię, co doprowadzi do powstania anomalii temperatury powierzchni oceanu i stężenia chlorofilu.

Na Ziemi jest około 520 aktywnych wulkanów, z których dwie trzecie znajduje się na wybrzeżach i wyspach Oceanu Spokojnego. Ich erupcje często prowadzą do tsunami. Podajmy kilka przykładów.

Podczas wybuchu wulkanu Krakatau 26 sierpnia 1883 roku w Indonezji wysokość fali tsunami osiągnęła 45 m, zginęło 36 000 osób. Fale tsunami przetoczyły się przez cały świat. Energia tej katastrofy jest równa energii wybuchu 250-500 tysięcy bomb atomowych typu Hiroszima.

Wybuch wulkanicznej wyspy Tyr na Morzu Egejskim 35 wieków temu (wulkan i wyspa nazywano kiedyś Santorini) spowodował śmierć cywilizacji minojskiej. To wydarzenie prawdopodobnie służyło jako prototyp Atlantydy. Pracownicy projektu Soyuzmornia S. Strekalov i B. Duginov opisują w ten sposób śmierć cywilizacji minojskiej.

„Wielka cywilizacja minojska wyróżniała się niezrównanymi dziełami sztuki i rzemiosła artystycznego, majestatycznymi pałacami. W połowie XVw. pne mi. Katastrofa nawiedziła Kretę. Prawie wszystkie pałace zostały zniszczone,

Rozdział 10. Fale na oceanie 215

Osady zostały opuszczone przez ich mieszkańców. Istnieją dwie hipotezy śmierci. Według jednego zniszczyli go barbarzyńcy – Achajscy Grecy, według innego przyczyną była klęska żywiołowa. Około 3,5 tysiąca lat temu wulkaniczna wyspa Santorini eksplodowała na Morzu Egejskim. W wyniku katastrofy powstały gigantyczne fale, które uderzyły w wyspę Kretę i rozprzestrzeniły się na Egipt, zalewając deltę Nilu. Czy tak było? Czy to może być prawdziwa przyczyna śmierci cywilizacji? Pytania te zadecydowały o sformułowaniu następującego problemu hydrodynamicznego: „Katastrofalne tsunami na wybrzeżu Krety iw Egipcie w XV-XIV wieku. PNE."

W strefie przybrzeżnej Krety wyroby ceramiczne znaleziono pod wodą na głębokości od 8 do 30 m, a bloki budulcowe pochodzące z czasów starożytnych znaleziono na głębokości 30-35 m. Opierając się na fakcie, że fala odpływowa jest równa fali pływowej, pierwsza miała również wysokość 30-35 m. W poszukiwaniu analogów takiej fali w przybliżeniu odpowiedniego terenu podwodnego i powierzchniowego zwróciliśmy się do najpotężniejszej klęski żywiołowej ostatnich stuleci - wybuchu wulkanu Krakatau (pod koniec XIX wieku). Tam fala tsunami, według dostępnych danych, osiągnęła w źródle wysokość 40 m. Na podstawie analogu przyjęliśmy, że w rejonie wyspy Santorini na głębokości około 300 m wystąpiło trzęsienie ziemi o sile 8,5 w skali Richtera. Ponadto przyjęliśmy kierunek osi źródła, aby pokrywał się z kierunkiem izobaty w rejonie wyspy Santorini i równolegle do podłużnicy Krety. Następnie w wyniku obliczeń przeprowadzonych według oryginalnej metody opracowanej w Soyuzmorniiproekt stwierdzono, że zgodnie ze wstępnymi danymi powinna powstać pojedyncza fala tsunami typu soliton o wysokości 44 mi długości około 100 km; w tym przypadku długość osi podłużnej ogniska wynosi 220 km, a jego szerokość 50 km. Propagacja takiej fali pozwala przyjąć, co następuje.

Na południe od źródła fala maleje, a w pobliżu północnych wybrzeży Krety jej wysokość wynosi 31 m. Wraz z przejściem do zatok wyspy wysokość fali wzrasta do 50 m, a po odbiciu od stromych wybrzeży i zbocza kontynentu pojedyncze rozpryski mogą osiągnąć wysokość 60-100 m. Na Morzu Śródziemnym fala przechodzi przez cieśniny, osłabiając się na skutek ekranowania przez wyspy. Po wyjściu z Cieśniny Kasos u południowych wybrzeży Krety wysokość fali wynosi 9,3 m. Po przekroczeniu Morza Śródziemnego i interakcji fali ze zboczem kontynentalnym i szelfem w rejonie delty Nilu jej wysokość wynosi 4 m.

216 Rozdział 10. Fale w oceanie.

(rzędu 5,5 · 10-5) fala rozchodzi się na odcinku 73 km aż do części ujścia na podłożu skalnym, czyli praktycznie cała część delty od strony morza jest zatopiona. W delcie Nilu w historycznym okresie kilku tysięcy lat tempo depozycji aluwium było praktycznie stałe i wynosiło 0,9-1,3 mm rocznie. Wyjątkiem jest drugie tysiąclecie pne, kiedy to z nie do końca jasnych powodów nie udało się odnaleźć zauważalnych złóż aluwium. Można przypuszczać, że fala tsunami, która zalała deltę w tym okresie, zmyła i uniosła całą powierzchniową warstwę aluwialną do morza.

Katastrofa, która wydarzyła się na wyspie Santorini, wraz ze środowiskiem miała prawdopodobnie poważne konsekwencje społeczne. Ogromne fale, wysokie na 30-50 m, były w stanie zniszczyć cywilizację minojską, która istniała na Krecie. Wylewy Delty Nilu w okresie schyłku XVIII – początku XIX dynastii faraonów były przede wszystkim skutkiem gwałtownego pogorszenia się sytuacji ekologicznej związanego z zanikiem żyznej warstwy gleby, zasoleniem i powstaniem bagien. Społeczne konsekwencje kryzysu rolnictwa w delcie mogły ostatecznie przyczynić się do początku upadku królestwa egipskiego.

Niedawno (08.01.1933) wybuch wulkanu na wyspie Charimkatan doprowadził do powstania tsunami, z falami dochodzącymi do 9 m (grzbiet Kurylski).

Najbardziej imponujący przykład powstania fali tsunami podczas zawalenia miał miejsce 10 lipca 1958 r. Lawina o objętości skały 300 mln m 3 ze zboczy Mount Fairweather (Alaska) do zatoki Lituya stworzyła tsunami o wysokości 60 m z maksymalnym rozpryskiem 524 m (rozprysk to wysokość podniesienia wody względem poziomu niezakłóconego, gdy fala toczy się na brzeg).

Tsunami o wysokości do 15 m powstało z kawałka skały spadającego z wysokości 200 m (Madera, 1930). W Norwegii w 1934 r. tsunami o wysokości 37 m powstało w wyniku upadku skały o wadze 3 mln ton z wysokości 500 m.

Osuwiska na zboczu rowu oceanicznego (Portoryko) w grudniu 1951 r. spowodowały falę tsunami. Osuwiska i spływy mętne często obserwuje się na zboczach kontynentalnych oceanu, natomiast rolę wskaźników powstawania i przejścia osuwisk lub spływów mętnych pełnią przerwy w kablach i rurociągach.

6 października 1979 r. 3-metrowe tsunami nawiedziło Lazurowe Wybrzeże w pobliżu Nicei. Dokładna analiza sejsmiczna

Ch. 10. Fale w oceanie 217

Sytuacja, warunki meteorologiczne pozwoliły stwierdzić, że przyczyną tsunami były podwodne osuwiska. Prace inżynieryjne na szelfie mogą spowodować powstanie osuwisk, aw efekcie tsunami.

Wybuchy w wodzie bomb atomowych i wodorowych mogą wywołać falę przypominającą tsunami. Na przykład na atolu Bikini eksplozja Bakera stworzyła fale o wysokości około 28 m w odległości 300 m od epicentrum. Wojsko rozważało kwestię sztucznego wywołania tsunami. Ale ponieważ tylko niewielka część energii eksplozji jest przekształcana w energię fal podczas powstawania tsunami, a kierunkowość fali tsunami jest niska, koszty energii potrzebnej do wytworzenia sztucznego tsunami (potężne wzburzenie fali w pewnej części wybrzeża) są bardzo wysokie.

W rozwoju tsunami zwykle wyróżnia się 3 etapy: 1) powstawanie fal i ich propagacja w pobliżu źródła; 2) rozchodzenie się fal w otwartym oceanie o dużej głębokości; 3) przemiany, odbicie i niszczenie fal na szelfie, ich dobieg do brzegu, zjawiska rezonansowe w zatokach i na szelfie. Badawczość tych etapów jest znacząco różna.

Aby rozwiązać hydrodynamiczny problem obliczania fal, konieczne jest ustalenie warunków początkowych - pól przemieszczeń i prędkości w źródle. Dane te można uzyskać poprzez bezpośredni pomiar tsunami w oceanie lub pośrednio, analizując charakterystykę procesów generujących tsunami. Pierwsze rejestracje tsunami na otwartym oceanie zostały przeprowadzone przez S.L. Sołowiewa i wsp. w 1980 r. w pobliżu Wysp Kurylskich Południowych. Istnieje zasadnicza możliwość określenia parametrów w źródle na podstawie rozwiązania problemu odwrotnego - na podstawie kilku przejawów tsunami na wybrzeżu określić jego parametry w źródle. Jednak z reguły istnieje bardzo mało danych terenowych dla prawidłowego rozwiązania takiego problemu odwrotnego.

Aby przewidzieć pojawienie się tsunami w strefie przybrzeżnej i rozwiązać inne problemy inżynierskie, konieczna jest znajomość zmiany wysokości, okresu i kierunku czoła fali w wyniku załamania. Służą temu diagramy refrakcji, które wskazują położenie grzbietów (frontów) fal w różnych odległościach w tym samym czasie lub położenia grzbietów tej samej fali w różnych momentach. Na tej samej mapie narysowane są promienie (prostopadłe do położenia frontów). Zakładając, że przepływ energii między dwoma prostopadłymi jest zachowany, możemy oszacować zmianę wysokości fali. Przecięcie promieni prowadzi do nieograniczonego wzrostu wysokości fali. Przenoszona moc

220 Rozdział 10. Fale w oceanie

Rising breaker - fala toczy się bez załamania po stromych zboczach.

Pęcznienie morza to ruch powierzchni wody w górę iw dół od średniego poziomu. Jednak podczas fal nie poruszają się w kierunku poziomym. Można to zaobserwować obserwując zachowanie pływaka kołyszącego się na falach.

Fale charakteryzują się następującymi elementami: najniższa część fali nazywana jest dnem, a najwyższa część nazywana jest grzebieniem. Stromość zboczy to kąt między jego nachyleniem a płaszczyzną poziomą. Pionowa odległość między dnem a grzbietem to wysokość fali. Może osiągnąć 14-25 metrów. Odległość między dwiema podeszwami lub dwoma grzbietami nazywana jest długością fali. Największa długość to około 250 m, niezwykle rzadko występują fale do 500 m. Szybkość natarcia fal charakteryzuje się ich prędkością, tj. odległość przebyta przez grzbiet, zwykle na sekundę.

Główną przyczyną powstawania fal jest. Przy niskich prędkościach pojawiają się zmarszczki - układ małych jednolitych fal. Pojawiają się przy każdym podmuchu wiatru i natychmiast blakną. Przy bardzo silnym wietrze przechodzącym w burzę fale mogą ulec deformacji, zbocze zawietrzne okazuje się bardziej strome niż nawietrzne, a przy bardzo silnym wietrze grzbiety fal odrywają się i tworzą białą pianę – „baranki”. Gdy burza minie, wysokie fale jeszcze długo wędrują po morzu, ale bez ostrych grzbietów. Długie i łagodnie opadające fale po ustaniu wiatru nazywane są falowaniem. Duża fala o małej stromości i długości fali do 300-400 metrów przy braku wiatru nazywana jest falą wiatru.

Transformacja fal następuje również wtedy, gdy zbliżają się one do brzegu. Zbliżając się do łagodnie opadającego wybrzeża, dolna część nadchodzącej fali zwalnia na ziemi; długość maleje, a wysokość wzrasta. Górna część fali porusza się szybciej niż dolna. Fala przewraca się, a jej grzbiet, opadając, kruszy się w drobne, nasycone powietrzem, spienione bryzgi. Fale rozbijające się w pobliżu brzegu tworzą fale. Jest zawsze równoległa do brzegu. Woda spryskana falą na brzegu powoli spływa z powrotem wzdłuż plaży.

Kiedy fala zbliża się do stromego brzegu, uderza z całą siłą w skały. W tym przypadku fala wyrzucana jest w górę w postaci pięknego, spienionego wału, osiągającego wysokość 30-60 metrów. W zależności od kształtu skał i kierunku fal szyb dzieli się na części. Siła uderzenia fal sięga 30 ton na 1 m2. Należy jednak zauważyć, że główną rolę odgrywają nie mechaniczne uderzenia mas wody w skały, ale powstające pęcherzyki powietrza i krople hydrauliczne, które w zasadzie niszczą skały składowe (patrz Ścieranie).

Fale aktywnie niszczą lądy przybrzeżne, nurkują i ścierają materiał klastyczny, a następnie rozprowadzają go wzdłuż podwodnego zbocza. W głębi wybrzeża siła uderzenia fal jest bardzo duża. Czasami w pewnej odległości od brzegu znajduje się płycizna w postaci podwodnej mierzei. W tym przypadku na płyciznach następuje przewrócenie fal i powstaje łamacz.

Kształt fali zmienia się cały czas, sprawiając wrażenie biegu. Wynika to z faktu, że każda cząsteczka wody zatacza kręgi wokół poziomu równowagi ruchem jednostajnym. Wszystkie te cząstki poruszają się w tym samym kierunku. W każdym momencie cząstki znajdują się w różnych punktach koła; to jest system falowy.

Największe fale wiatru zaobserwowano na półkuli południowej, gdzie ocean jest najbardziej rozległy, a wiatry zachodnie są najbardziej stałe i silne. Tutaj fale osiągają 25 metrów wysokości i 400 metrów długości. Ich prędkość ruchu wynosi około 20 m / s. W morzach fale są mniejsze - nawet w dużych osiągają tylko 5 m.

Do oceny stopnia szorstkości morza stosuje się 9-stopniową skalę. Może być używany do badania dowolnego zbiornika wodnego.

9-stopniowa skala do oceny stopnia wzburzenia morza

Zwrotnica	Oznaki stopnia podniecenia
0	Gładka powierzchnia
1	Zmarszczki i małe fale
2	Grzbiety małych fal zaczynają się wywracać, ale nie ma jeszcze białej piany
3	W niektórych miejscach na grzbietach fal pojawiają się „baranki”.
4	„Baranki” powstają wszędzie
5	Pojawiają się wysokie grzbiety, a wiatr zaczyna zrywać z nich białą pianę.
6	Grzbiety tworzą wały fal sztormowych. Piana zaczyna się całkowicie rozciągać
7	Długie pasy piany pokrywają zbocza fal i miejscami sięgają ich dna.
8	Piana całkowicie pokrywa zbocza fal, powierzchnia staje się biała
9	Cała powierzchnia fali pokryta jest warstwą piany, powietrze wypełniają mgły i rozpryski, widoczność jest ograniczona

Aby chronić obiekty portowe, nabrzeża, obszary przybrzeżne morza przed blokami kamiennymi i betonowymi, buduje się falochrony, które tłumią energię fal i chronią je przed falowaniem.

Przy długotrwałym działaniu wiatru na powierzchnię wody powstają fale, w których cząsteczki wody wykonują złożony ruch obrotowo-translacyjny. Podczas falowania woda wytwarza dodatkowe ciśnienie na konstrukcję (przekraczające ciśnienie hydrostatyczne, odpowiadające obliczonemu poziomowi), zwane ciśnieniem falowym.

Rodzaj fal i wartość ich parametrów (wysokość H, okres, długość fali, - ryc. 2.6) zależą od czynników falotwórczych – prędkości wiatru W, czas jego działania T, głębokość zbiornika H i długość przyspieszenia fali D.

Ryż. 2.6 Parametry fali

Wysokość fali określana jest przez najbardziej niekorzystną kombinację prędkości wiatru podczas projektowej burzy i długości przyspieszenia. Długość przyspieszenia jest równa odległości w linii prostej od brzegu do konstrukcji, a wielkość prędkości wiatru w tym kierunku określa róża wiatrów (ryc. 2.7).

Ryż. 2.7 Róża wiatrów ( A) i długość przyspieszenia fali ( B)

Fale, których okresy i wysokość zmieniają się losowo z jednej fali na drugą, nazywane są nieregularnymi; jeśli okresy i wysokości poszczególnych fal są takie same, klasyfikuje się je jako regularne.

Pole falowe zbiornika podzielone jest na strefy wzdłuż długości przyspieszenia fali (ryc. 2.8): I- głębokie morze (), gdzie praktycznie dno nie wpływa na parametry fal; II- płytki ( ), w którym wraz ze spadkiem głębokości długość i prędkość fal zmniejszają się, a stromość czoła i łagodność zboczy tylnych wzrasta (kiedy fale są niszczone i przekształcane w fale załamujące); III- strefa fal przyboju przewracających się podczas ruchu (); IV- blisko brzegu, gdzie fale ostatecznie się rozbijają, a następnie toczą na brzeg.
Prędkość wiatru wyznaczona na dowolnej wysokości jest zmniejszana do wysokości 10 m nad lustrem wody. Projektowanie prawdopodobieństwa burzy dla konstrukcji I I II klasa - 2%, III I IV - 4%.

Ze względu na małą dokładność wyznaczania czynników falotwórczych, w szczególności prędkości wiatru, dokładność obliczania elementów falowych jest niska. Nie jest możliwe oszacowanie prędkości wiatru z dostateczną dokładnością na podstawie bezpośrednich obserwacji ze względu na fakt, że dopiero po utworzeniu zbiornika rozwija się odpowiednia sytuacja, która determinuje kształtowanie się przepływu powietrza podczas przejścia z lądu na powierzchnię wody. Uzyskanie obliczonej wysokości fali z dokładnością ok. 10% wymaga dokładności ok. 5% wprowadzonej do obliczeń prędkości wiatru, co wciąż jest nieosiągalne. W wyniku przybliżonego wyznaczenia wysokości fali uzyskuje się przybliżoną wartość obciążenia falowego.

Układ fal powstałych podczas projektowej burzy charakteryzuje się wartościami średnimi i , do ustalenia które są obliczane z podanych W, H I D parametry bezwymiarowe , , i dalej wzdłuż nomogramu na rys. 2.9 (SNiP I-57-75) są poszukiwane , , definiowanie i .
Górna obwiednia nomogramu odpowiada strefie głębokowodnej, dla której obliczenia i są przeprowadzane zgodnie z parametrami początkowymi i ; w przypadku braku aktualnych danych przyjmuje się T= 6 godzin

Po zdefiniowaniu i , ich najmniejsze wartości służą do znalezienia średniej wysokości i okresu fali.
Pole poniżej krzywej obwiedni odpowiada strefie płytkiej wody o nachyleniu dna 0,001 lub mniejszym. Obliczanie i prowadzenie według parametrów

Ryż. 2.8 Podział akwenu na strefy według głębokości:
I- głęboka woda; II- płytki; III- surfować; IV- blisko wody; 1 – wyrównanie pierwszego załamania fali; 2 - ostatni upadek

Ryż. 2.9 Wykresy do wyznaczania średnich wartości elementów falowania wiatru na głębokiej wodzie I i płytkie (ze spadkiem dna) II strefy

I . Przy nachyleniu dna większym niż 0,001 obliczenie wysokości fali H produkować [SNiP 11-57-75, zał. I, s. 17] z uwzględnieniem transformacji fal. tj. zmiany parametrów fali spowodowane zmniejszaniem się głębokości, z uwzględnieniem załamania - krzywizny linii grzbietu fali podczas zbliżania się fali ukośnej - oraz z uwzględnieniem strat energii.

Średnia długość fali w strefie głębokiej wody jest określona przez wzór

(2.10)

wysokość fali R% pokrycia w systemie falowym strefy głębokowodnej jest określany przez pomnożenie średniej wysokości fali przez współczynnik, który zależy od czynników falotwórczych i ma wartość równą lub nieco mniejszą niż wskazana poniżej.

Krytyczna wartość głębokości N kr(głębokość załamania fali) zależy od wielu jednocześnie działających czynników. Może być odebrane N kr = (1,25-1,8)Cześć.

Wysokość fali liczona jest od obliczonego poziomu, który przy danym znaku stanu wody w górnym basenie może zmienić się pod wpływem wiatru o wartość

(2.11)

Gdzie jest kąt między osią podłużną zbiornika a kierunkiem wiatru.

fale morskie

okresowe oscylacje powierzchni morza lub oceanu spowodowane ruchem posuwisto-zwrotnym lub okrężnym wody. W zależności od przyczyn ruchu fale wiatru, fale pływowe ( pływy I odpływ), baryczne (seiches) i sejsmiczne ( tsunami). Fale są scharakteryzowane wysokość, równa pionowej odległości między grzbietem a dnem fali, długi– pozioma odległość między dwoma sąsiednimi grzbietami, prędkość propagacji I okres. Przy falach wiatrowych trwa ok. 30 s, dla barycznych i sejsmicznych - od kilku minut do kilku godzin, dla pływowych mierzony jest w godzinach.

Najczęściej w wodzie wiatr fale. Powstają i rozwijają się dzięki energii wiatru przenoszonej do wody w wyniku tarcia i ciśnienia przepływu powietrza na zboczach grzbietów fal. Zawsze istnieją na otwartym oceanie i mogą mieć różne rozmiary, osiągając długość. do 400 m, godz. 12–13 m i prędkość propagacji 14–15 m/s. Maks. zarejestrowany wysoki. fale wiatru wynoszą 25–26 m, możliwe są wyższe fale. W początkowej fazie rozwoju fale wiatru biegną w równoległych rzędach, które następnie rozpadają się na osobne grzbiety. Na głębokich wodach wielkość i charakter fal są określone przez prędkość wiatru, czas jego działania i odległość od przestrzeni zawietrznej; płytkie głębokości ograniczają wzrost fal. Jeśli wiatr, który wywołał podniecenie, ustąpi, wówczas fale wiatru zamieniają się w tzw. puchnąć. Często obserwuje się go jednocześnie z falami wiatru, choć nie zawsze pokrywa się z nimi pod względem kierunku i wysokości.

W strefie surfowania tzw. rytmy surfowania- okresowe wzrosty poziomu wody podczas zbliżania się grupy wysokich fal. Wysoki wzrost może wynosić od 10 cm do 2 m, rzadko do 2,5 m. Sejcze obserwuje się zwykle w ograniczonych akwenach (morza, zatoki, cieśniny, jeziora) i są to fale stojące, najczęściej spowodowane gwałtowną zmianą atmosfery. ciśnienia, rzadziej z innych przyczyn (nagły napływ wód powodziowych, ulewne deszcze itp.). Raz wywołana deformacja poziomu wody prowadzi do stopniowego tłumienia w niej oscylacji. Jednocześnie w niektórych miejscach poziom wody pozostaje stały – jest to tzw. węzły fali stojącej. Wysoki takie fale są nieznaczne - zwykle kilkadziesiąt centymetrów, rzadko do 1–2 m.

Geografia. Nowoczesna ilustrowana encyklopedia. - M.: Rosman. Pod redakcją prof. AP Gorkina. 2006 .

Zobacz, jakie „fale morskie” znajdują się w innych słownikach:

Zakłócenia powierzchni morza lub oceanu spowodowane przez wiatr, siły pływowe Księżyca, Słońca, podwodne trzęsienia ziemi itp. Dzielą się na wiatr, pływy, grawitację (tsunami) itp. Fale istnieją na powierzchni środowiska wodnego ... ... Słownik morski

Fale na powierzchni morza lub oceanu. Dzięki dużej ruchliwości cząsteczek wody, pod wpływem różnego rodzaju sił, łatwo wychodzą one ze stanu równowagi i wykonują ruchy oscylacyjne. Fale są wywoływane przez...

FALE morza- fluktuacje cząsteczek wody wokół położenia równowagi, rozchodzące się w morzu. Są spowodowane wiatrem, siłami pływowymi, zmianami ciśnienia atmosferycznego, trzęsieniami ziemi, ruchem ciał stałych w wodzie itp. Główne elementy ruchu fal ... ... Podręcznik encyklopedii morskiej

Fale, które powstają i rozchodzą się wzdłuż swobodnej powierzchni cieczy lub na granicy między dwiema niemieszającymi się cieczami. V. na str. powstają pod wpływem wpływu zewnętrznego, w wyniku czego powierzchnia cieczy ... ... Wielka radziecka encyklopedia

Perturbacje rozchodzące się ze skończoną prędkością w przestrzeni i przenoszące energię bez przenoszenia materii. Najczęstsze są fale sprężyste (morskie, dźwiękowe itp.). Fale elektromagnetyczne są wzbudzane przez atomy, cząsteczki, ... ... Słownik morski

Sea Waves Gatunek Dokumentalny Reżyser (((Reżyser))) Edison Film Company ... Wikipedia

FALE- Widzieć fale we śnie - przeszkody w biznesie, wysiłkach i walce o sukces. Jeśli fale są czyste, zdobędziesz nową wiedzę, która pomoże ci lepiej decydować w życiu. Brudne fale zwiastują błąd obarczony nieodwracalnymi ... ... Interpretacja snów Mielnikow

Rybitwa czarnoziemska (Onychoprion fuscata) jest w stanie przebywać w powietrzu od 3 do 10 lat, tylko sporadycznie lądując na wodzie... Wikipedia

Zdjęcie dużej fali zbliżającej się do statku handlowego. Około 1940 Killer Waves (Wędrujące fale, fale potworów, biała fala, angielska fala zbójecka w ... Wikipedia

Ta strona jest słownikiem. # A... Wikipedia

Książki

Opowieści morskie, Gusiewa Galina. Morski romans zawsze przyciągał ludzi.Odwieczny żywioł wody kryje w sobie tak wiele, że chcesz podbijać fale jedna po drugiej. Wyjątkowy pamiętnik zapalonego miłośnika podróży jachtem -...